[论文解读] Soft interactions in Herwig++

M. Bähr, J. M. Butterworth+2 more|ArXiv.org|May 28, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 3被引用 13

一句话总结

本文在 Herwig++ 中提出了一种新的软相互作用模型，首次将多部分子相互作用框架扩展至非微扰、低横动量区域，实现了无需硬散射的最小bias事例模拟。通过利用eikonal形式体系并结合总截面和弹性截面的约束，该模型对Tevatron的底层事例和最小bias数据提供了合理描述，但由于参数模糊性，向LHC的外推仍不确定。

ABSTRACT

We describe the recent developments to extend the multi-parton interaction model of underlying events in Herwig++ into the soft, non-perturbative, regime. This allows the program to describe also minimum bias collisions in which there is no hard interaction, for the first time. It is publicly available from versions 2.3 onwards and describes the Tevatron underlying event and minimum bias data. The extrapolations to the LHC nevertheless suffer considerable ambiguity, as we discuss.

研究动机与目标

• 将Herwig++的多部分子相互作用模型从微扰区域扩展至软的非微扰区域。
• 通过引入低于标准 $p_t^{\rm min}$ 截断的软部分子散射，实现对最小bias事例（此前在Herwig++中未建模）的模拟。
• 利用eikonal形式体系，通过总截面和强子弹性截面约束非微扰参数。
• 改善与CDF底层事例和最小bias数据的一致性，特别是在低横动量区域。
• 评估将该模型外推至LHC能量时的局限性和不确定性。

提出的方法

• 该模型通过引入一个非微扰截面参数化为eikonal函数 $\chi(\mathbf{b},s)$ 的软分量，扩展了半硬MPI框架，该函数由光学定理导出。
• 软部分子分布通过傅里叶变换形式因子 $G(\mathbf{b})$ 建模，其中自由参数 $\mu^2$ 允许非电磁空间分布。
• eikonal模型通过 $\sigma_{\rm inel} = \int d^2\mathbf{b} \left[1 - e^{-2\chi(\mathbf{b},s)}\right]$ 将非弹性截面 $\sigma_{\rm inel}$ 与影响参数分布联系起来。
• 利用Donnachie-Landshoff的总截面和弹性斜率参数化形式，约束非微扰参数。
• 引入热点模型，以允许软部分子与半硬部分子具有不同的空间分布，从而放松对总截面数据的约束。
• 通过在横截面区域中对多重数和 $p_t^\text{sum}$ 等可观测量进行 $\chi^2$ 最小化，将模型拟合至CDF底层事例和最小bias数据。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否能在Herwig++中一致地实现非微扰软MPI模型，以描述无硬散射的最小bias事例？
• RQ2 eikonal形式体系如何用于约束软部分子相互作用中的非微扰参数？
• RQ3 该模型在Tevatron能量下对CDF底层事例和最小bias数据的重现程度如何？
• RQ4 将模型外推至LHC能量时，主要的不确定性来源是什么？
• RQ5 边缘过程和色相关性如何影响模型在低-$p_t$区域的表现？

主要发现

• 扩展后的Herwig++模型成功描述了Tevatron的最小bias和底层事例数据，包括此前半硬MPI模型无法覆盖的低-$p_t$区域。
• 引入软相互作用后，模型在横截面区域的拟合效果得到改善，尤其在低横动量区域，尽管最低几个数据箱仍存在偏差。
• 该模型对低多重数、低-$p_t$数据箱的排除具有鲁棒性，表明这些数据不显著扭曲全局拟合，但提示可能存在缺失的边缘贡献。
• 弹性斜率参数 $b_{\rm el}$ 和总截面 $\sigma_{\rm tot}$ 对参数空间施加了约束，但即使在这些约束下，仍存在较大区域的参数空间是可行的。
• 由于总截面的不确定性以及参数与部分子分布函数的纠缠，向LHC能量的外推仍存在模糊性。
• 该模型在使用能量无关参数时表现合理，但只有未来LHC数据才能验证该假设是否成立。