[论文解读] Soft QCD Measurements at LHCb

P. Ilten|arXiv (Cornell University)|Sep 1, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 17被引用 3

一句话总结

本论文基于LHCb在7 TeV质子-质子碰撞中获得的数据，对前向区域的软QCD过程进行了测量，重点关注带电粒子多重数和能量流，以检验底层事件和强子化模型。研究评估了Pythia和Herwig++等蒙特卡罗事件生成器的表现，发现Pythia 8 tune-4C和LHCb调优模型在高伪快度区域最符合实验数据。

ABSTRACT

Studies in the forward region of charged particle multiplicity and density, as well as energy flow, are presented. These measurements are performed using data from proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 7 TeV, collected with the LHCb detector. The results are compared to predictions from a variety of Monte Carlo event generators and are used to test underlying event and hadronization models as well as the performance of event generator tunes in the forward region.

研究动机与目标

• 使用LHCb探测器在前向伪快度区域（2 ≤ η ≤ 5）提供软QCD过程的新实验数据。
• 测试蒙特卡罗事件生成器在建模底层事件和强子化过程中的表现，特别是在前向区域的表现。
• 分离初态辐射、末态辐射和多部分子相互作用（MPI）对粒子多重数和能量流的影响。
• 利用红外敏感和红外安全的可观测量，对强子化模型（弦模型 vs. 集团模型）和MPI模型进行验证与调优。
• 为高能物理社区提供兼容Rivet的分析插件，以支持事件生成器的广泛调优。

提出的方法

• 在伪快度区间（2.0 < η < 4.8）内测量带电粒子多重数和密度，要求粒子横动量 > 0.2 GeV 且总动量 > 2 GeV。
• 对事件逐个进行重加权，以校正重建效率不足、轨迹纯度问题（6.5%伪影，1%重复，4.5%非本征粒子）以及无轨迹接受度的影响。
• 使用逐箱校正矩阵展开堆叠效应和探测器分辨率的影响，以恢复单次相互作用的分布。
• 将能量流定义为每单位伪快度的平均带电粒子能量，使用动量在2 < p < 1000 GeV之间的轨迹。
• 根据轨迹多重数和伪快度，将事件划分为硬散射、非弹性散射和增强型双色散事件子样本。
• 通过系统误差估计（基于Pythia不同配置的变体）将数据与Pythia 6/8、Herwig++以及空气簇射生成器（Epos、QGSJet、Sibyll）的预测进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在√s = 7 TeV条件下，Pythia和Herwig++事件生成器在前向区域（2 < η < 4.8）对带电粒子多重数和密度的描述能力如何？
• RQ2 在LHCb的前向几何构型下，弦模型与集团模型哪种强子化模型更能准确描述观测到的粒子多重数和动量分布？
• RQ3 Pythia 8和Herwig++的不同调优版本在前向区域对底层事件和多部分子相互作用的建模表现如何？
• RQ4 硬-软和软-硬MPI模型在多大程度上能准确描述不同事件类型中的带电能量流？
• RQ5 非LHC调优的事件生成器配置是否在前向区域系统性地偏离实验数据？LHCb数据能否用于改进调优？

主要发现

• Pythia 8 tune-4C和LHCb调优的Pythia 8配置在伪快度和横动量区间内，对测量的带电粒子多重数和密度具有最佳的整体符合度。
• LHCb调优的Pythia 8和Herwig++ UE-EE-5-MRST调优版本能良好描述数据，而未经过LHC调优的模型在前向区域系统性地低估粒子密度。
• 在能量流方面，Pythia 8在大η区域持续高估硬散射事件，而Pythia 6在高η区域则低估；通过引入色连接调优后，两者均得到改善。
• 非双色散样本被Pythia 8、无色连接的Pythia 6、Epos和Sibyll良好描述，而QGSJet生成器在所有η区域均存在高估。
• 双色散增强事件被Pythia 8良好建模，但被所有其他生成器低估，表明需要改进双色散MPI模型。
• 总能量流（基于带电能量流和中性/带电粒子比值估算）的趋势与带电能量流一致，且在高伪快度区域表现出相似的模型偏差。