[论文解读] The Underlying Event in Hard Scattering Processes

R. D. Field|ArXiv.org|Jan 21, 2002

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates被引用 41

一句话总结

本文利用CDF实验数据，对1.8 TeV质子-反质子碰撞中的底层事件进行评估，比较了QCD蒙特卡罗模型（PYTHIA、HERWIG、ISAJET）的表现。结果表明，包含多重部分子散射的PYTHIA模型在横向区域最符合实验数据，而ISAJET和HERWIG则低估了束流-束流残留贡献，高估了初态辐射效应。

ABSTRACT

We study the behavior of the "underlying event" in hard scattering proton-antiproton collisions at 1.8 TeV and compare with the QCD Monte-Carlo models. The "underlying event" is everything except the two outgoing hard scattered "jets" and receives contributions from the "beam-beam remnants" plus initial and final-state radiation. The data indicate that neither ISAJET or HERWIG produce enough charged particles (with PT > 0.5 GeV/c) from the "beam-beam remnant" component and that ISAJET produces too many charged particles from initial-state radiation. PYTHIA which uses multiple parton scattering to enhance the "underlying event" does the best job describing the data.

研究动机与目标

• 理解1.8 TeV硬散射质子-反质子碰撞中底层事件的结构及其贡献。
• 评估QCD蒙特卡罗模型——PYTHIA、HERWIG和ISAJET——在重现CDF数据中观察到的底层事件方面的性能。
• 确定多重部分子散射还是束流-束流残留建模更能解释观测到的带电粒子多重性和横向动量分布。
• 通过利用对底层事件活动敏感的横向区域可观测量，对蒙特卡罗模型进行约束，以改进模型调优。
• 评估现有模型在描述从软散射到硬散射转变过程中的局限性，以及部分子分布函数在多重散射中的作用。

提出的方法

• 分析相对于领先带电喷胶（|η| < 1 且 pT > 0.5 GeV/c）的横向区域（60° < |Δφ| < 120°）中的带电粒子分布。
• 利用横向区域的'transMAX'和'transMIN'子区域，分别隔离硬散射（喷胶+辐射）和束流-束流残留的贡献。
• 将CDF中央追踪室的数据与PYTHIA 6.115、HERWIG 5.9和ISAJET 7.32在调优参数下的预测结果进行比较。
• 采用调优后的PYTHIA版本，其中MSTP(82) = 4 且 PARP(82) = 2.4 GeV/c，以模拟多重部分子相互作用和束流-束流残留。
• 应用动量选择条件，要求PT(chgjet#1) > 5 GeV/c，以确保为硬散射事件，并通过降低该阈值研究向软散射的过渡。
• 评估横向区域中带电粒子的pT分布，并与模型预测进行比较，以评估底层事件活动。

实验结果

研究问题

• RQ1 PYTHIA、HERWIG和ISAJET在多大程度上能准确再现硬散射事件横向区域中的带电粒子多重性？
• RQ2 束流-束流残留、初态辐射和末态辐射对底层事件的相对贡献是什么？
• RQ3 与不包含多重部分子散射的模型相比，PYTHIA中引入多重部分子散射是否显著改善了对底层事件的描述？
• RQ4 为何ISAJET和HERWIG无法准确再现观测到的横向区域活动，特别是在PT(chgjet#1)较低时？
• RQ5 通过将蒙特卡罗生成器调优至横向区域可观测量，能否准确建模从软散射到硬散射的转变？

主要发现

• 包含多重部分子散射的PYTHIA模型（CTEQ4L PDF，MSTP(82) = 4，PARP(82) = 2.4 GeV/c）调优后，对横向区域带电粒子多重性和pT分布的描述最佳。
• ISAJET和HERWIG均低估了来自束流-束流残留组分的带电粒子数量（pT > 0.5 GeV/c），导致与数据的拟合效果较差。
• ISAJET高估了初态辐射，导致软粒子过多；而HERWIG的色共轭效应虽改善了拟合，但仍无法达到数据水平。
• 横向区域中的pT分布由束流-束流残留主导，数据和PYTHIA中均如此，但PYTHIA中引入多重部分子散射后，pT谱更平坦，更符合实际。
• 'transMAX'和'transMIN'子区域提供了互补约束：transMAX更侧重硬成分，transMIN更侧重束流-束流残留，同时拟合两者可提升模型调优精度。
• 硬散射中的底层事件活动无法仅通过初态辐射解释；多重部分子相互作用对重现观测到的粒子多重性增加至关重要。