[论文解读] Transverse Energy Flow with Forward and Central Jets at the LHC

Michal Deák, F. Hautmann+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 29, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 34被引用 12

一句话总结

该论文提出在LHC的前向与中央喷注事例中，通过测量喷注内小喷注的横向能量流，以探测超越Leading-Order微扰理论的高多重性QCD效应。利用高能因子化蒙特卡罗框架中的部分子簇射模拟，结果表明横向能量流对非共线性、高能修正及多部分子相互作用敏感，Cascade与Pythia-mpi相比Pythia-nompi表现出增强的喷注间能量流，而Powheg则显示最小差异，凸显了在前向喷注环境中重求和与多部分子动力学的重要性。

ABSTRACT

At the LHC, using forward + central detectors, it becomes possible for the first time to carry out measurements of the transverse energy flow due to ``minijets" accompanying production of two jets separated by a large rapidity interval. We discuss parton-shower calculations of energy flow observables in a high-energy factorized Monte Carlo framework, and comment on the role of these observables to study high parton multiplicity effects.

研究动机与目标

• 研究LHC前向与中央喷注事例中喷注间及后向区域的横向能量流。
• 评估能量流可观测量对非共线性、高能QCD修正及多部分子相互作用的敏感性。
• 评估蒙特卡罗生成器（Cascade、Pythia、Powheg）在模拟前向喷注环境中能量流方面的性能。
• 探讨横向动量排序与CCFM演化在建模大快速度分离的高多重性末态中的作用。
• 为测试与Higgs玻色子通过向量玻色子融合及喷注抑制策略相关的前向区域QCD动力学提供框架。

提出的方法

• 使用高能因子化蒙特卡罗框架，通过可观测量 $ dE_{\perp}/d\eta = \frac{1}{\sigma} \int dq_{\perp} \, q_{\perp} \, \frac{d\sigma}{dq_{\perp} \, d\eta} $ 计算横向能量流，该量强调高-$p_\perp$贡献。
• 应用具有CCFM演化的Cascade蒙特卡罗生成器，以建模部分子簇射中超越共线序的非共线性、高能修正。
• 将Cascade的结果与Pythia（含及不含多部分子相互作用）及Powheg的结果进行比较，以评估能量流预测的差异。
• 分析粒子流（总体）与小喷注流（横向能量高于若干GeV）以抑制软辐射，从而隔离硬辐射效应。
• 研究喷注间区域及与前向喷注相反的后向区域中的能量流，以分析相空间与簇射拓扑效应。
• 考虑多条部分子链及在连续链中胶子辐射向更大 $x$ 移动的影响，特别是在后向区域。

实验结果

研究问题

• RQ1 在含与不含多部分子相互作用的蒙特卡罗生成器之间，喷注间区域的横向能量流有何差异？
• RQ2 部分子簇射中的非共线性、高能修正在前向-中央喷注事例中对横向能量流的影响程度如何？
• RQ3 与共线序簇射相比，Cascade生成器中引入CCFM演化如何改变能量流的预测？
• RQ4 能量流可观测量对受限快速度区域（特别是后向方向）中硬辐射的敏感性如何？
• RQ5 小喷注能量流测量如何提升通过向量玻色子融合进行Higgs玻色子搜索时对QCD背景的区分能力？

主要发现

• 与不含多部分子相互作用的Pythia相比，Cascade生成器在喷注间区域表现出显著增强的横向能量流，表明其对非共线性修正敏感。
• 含多部分子相互作用的Pythia（Pythia-mpi）产生的喷注间能量流大于不含MPI的Pythia，表明多部分子动力学有显著贡献。
• 与Pythia-nompi相比，Powheg在能量流上显示最小差异，表明该框架中的下一阶修正并未显著改变流型。
• 小喷注能量流降低了对红外辐射的敏感性，使其成为硬辐射与部分子簇射结构更清晰的探测工具。
• 在后向区域，单簇射模型因相空间限制导致横向流被抑制，但部分子链中$x$-移动使多簇射贡献变得显著。
• 横向能量流可观测量对被积函数中的横向动量因子 $q_{\perp}$ 高度敏感，从而增强了对高-$p_\perp$辐射与非共线性效应的探测能力。