ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 2004, том 67, № 4, с. 710-714
= ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ И ПОЛЯ
ОЦЕНКА ЧИСЛА СОБЫТИЙ "ФОТОН + СТРУЯ" ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЛЮОННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НА ТЭВАТРОНЕ В RUN II
© 2004 г. Д. В. Бандурин*, Н. Б. Скачков**
Объединенный институт ядерных исследований, Дубна, Россия Поступила в редакцию 20.05.2003 г.
Показано, что при интегральной светимости Ьинт = 3 фбн-1 на Тэватроне в Run II можно набрать млн событий "прямой фотон + струя", отобранных по предложенным ранее критериям. Такая статистика позволила бы продвинуться в неизученную в предыдущих экспериментах по измерению структурных функций протона новую кинематическую область c интервалом 2 х 10~3 < x < 1.0 при значениях 1.6 х 103 < Q2 < 2 х 104 (ГэВ/с)2, которые в среднем на один порядок выше, чем значения, достигнутые в экспериментах, проводимых на коллайдере HERA.
1. ВВЕДЕНИЕ
Известно, что многие теоретические предсказания по рождению новых частиц в экспериментах на Тэватроне (бозон Хиггса, суперсимметричные частицы) основаны на использовании разных параметризаций глюонной компоненты структурной функции протона при малых x и больших значениях квадрата переданного импульса Q2. Очевидно, что правильная оценка выхода необходимых для этой цели событий, дополненная измерением глюонной плотности непосредственно в тех же экспериментах, проводимых на Тэватроне, позволит иметь самосогласованную физическую картину изучаемых процессов, что, несомненно, представляет большой интерес [1,2].
Кроме этого, следует отметить, что, как будет показано в настоящей работе, предлагаемый нами подход позволяет провести измерение глюонного распределения в новой кинематической области.
Основываясь на предложенных в [1, 2] критериях отбора, в разд. 2 получены оценки эффективности подавления фоновых событий, а также эффективности отбора сигнальных событий "фотон + струя". Представленные значения найдены в результате применения генератора событий PYTHIA 5.7 [3]. Результатам полного моделирования в GEANT с последующей реконструкцией событий в детекторе D0 посвящены работы [4]1).
E-mail: dmv@nusun.jinr.ru E-mail: skachkov@cv.jinr.ru
учет информации с предливневого детектора (preshower), трекера и калориметра может заметно улучшить полученные в разд. 2 отношения сигнал/фон.
В разд. 3 дается оценка числа сигнальных событий, необходимых для измерения глюонного распределения в протоне2) в Run II для различных интервалов по x и Q2.
2. КРИТЕРИИ ОТБОРА И ПОДАВЛЕНИЕ ФОНА
Для оценки вклада фоновых процессов нами было проведено три генерации по 40 млн событий с включением всех существующих в пакете PYTHIA партонных подпроцессов 2 — 2 КХД и стандартной модели, включая и сигнальные события "прямой фотон + струя", определяемые подпроцессами3^ "комптоновского" рассеяния qg — —>■ q + 7 и "аннигиляции" qq —g + 7. Каждая из них была сделана при определенном значении минимального поперечного импульса партонов4) pmin (pmin = 40, 70,100 ГэВ/с), возникающего в жестком фундаментальном подпроцессе 2 — 2.
Нами отбирались события, содержащие по одному кандидату на прямой фотон (обозначаемый в дальнейшем как 7) и по одной струе5) с поперечным импульсом Pji > 30 ГэВ/с. Здесь и далее, говоря
2)Результаты по оценке числа событий для нахождения глюонного распределения в рр-столкновениях при энергиях LHC, полученные с аналогичными критериями отбора событий "фотон + струя", представлены в [2, 5].
3)Найдено, что вклад другого возможного канала gg ^ ^ gY является пренебрежимо малым даже при энергиях Тэватрона.
4)См. параметр CKIN(3) из пакета PYTHIA [3].
5)Струи были найдены с помощью подпрограммы поиска струй LUCELL из пакета PYTHIA.
ОЦЕНКА ЧИСЛА СОБЫТИЙ "ФОТОН + СТРУЯ" Таблица 1. Список используемых критериев отбора (см. табл. 2, 3)
1. а)Р7 > 40 ГэВ/с, 6)Pf > 30 ГэВ/с, в) \гр\ < 2.5, r)Pthadr < 7 ГэВ/с*; 6. Аф < 17°;
2. Р7 > 7. P™ss/P7 < 0.10;
3. Pi^ng < 1 ГэВ/с"; 8. Р4с1и51 < 10 ГэВ/с;
4. Pfo1 < 2 ГэВ/с, €< < 5%; 9. Р4ои1 < Ю ГэВ/с.
5. ATjet = 1;__
* Максимальное Pt адрона в ячейке электромагнитного калориметра, содержащей 7dlr-кандидат. ** Сумма модулей Pt в кольце: Ptsum(R = 0.4) - Ptsum(R = 0.2).
о фотонном кандидате, мы подразумеваем, помимо прямого фотона 7Й1Г, целый набор частиц, способных дать похожий сигнал в электромагнитном калориметре6). В качестве таких частиц рассматривались электроны/позитроны, фотоны тормозного излучения и фотоны из распадов мезонов [1,2].
Используемые критерии отбора приведены в табл. 17). Пункт 1 табл. 1 содержит четыре критерия предотбора: критерии отбора по поперечным импульсам 7Й1Г-кандидата (а) и струи (б), а также критерий (в)8), связанный с геометрией электромагнитного калориметра Э0, и критерий (г), исключающий 7Й1Г-кандидаты, сопровождаемые энерге-тичными адронами, которые попадают в конус радиуса К = ((Дп)2 + (Дф)2)1/2 = 0.2 вокруг 7Шг-кандидата.
Второй критерий отбирает события с 7Й1Г-канди-датами, имеющими Рг выше, чем пороговое значение использованное при генерации событий. Третий критерий ограничивает значение РгГ^ =
= Рг'1=о.4 " Рг'1=о.2, где Рг^ есть суммарное Рг всех ячеек электромагнитного калориметра, находящихся в конусе радиуса К вокруг ячейки, содержащей 7Й1Г-кандидат [6]. Четвертый критерий делает более жестким условие изолированности фотонного кандидата в радиусе К = 0.7.
Условия отбора событий 1—4, рассмотренные до сих пор, были связаны (помимо предотбора
Р^ > 30 ГэВ/с) с отбором фотонов ("фотонные" критерии).
6)При выполнении моделирования использовалась геометрия детектора Э0.
7)См . также оценку эффективности каждого из критериев в [1].
8)В табл. 1 и далее в тексте п = — 1п^(в/2)) — псевдо-
быстрота, определяемая через полярный угол в, отсчиты-
ваемый от оси пучка. Также мы используем азимутальный
угол ф, определенный в плоскости, перпендикулярной оси пучка.
Пятое условие оставляет события, имеющие лишь одну струю, а шестое — только те, в которых векторы поперечных импульсов фотона и струи, лежащие в поперечной к оси пучка плоскости, расположены в противоположных направлениях по отношению друг к другу в пределах азимутального углового интервала ф(7, струя) = 180° ± Аф, где Аф < 17°. Седьмой критерий ограничивает величину нерегистрируемого ("недостающего") поперечного импульса Ptmiss и направлен главным образом на сокращение вклада фоновых электрослабых подпроцессов qg — q' + W± и qq' — g + W± с последующим распадом W± — e±v, что ведет к заметной величине Ptmiss [1].
Восьмой и девятый критерии табл. 1 оставляют лишь события с малыми значениями поперечного импульса кластеров (мини-струй) Ptclust и модуля векторной суммы поперечных импульсов всех регистрируемых частиц, не включенных в систему "фотон + струя" (обозначенного как Ptout)9), до значений, меньших чем 10 ГэВ/с.
В табл. 2 включены числа сигнальных и фоновых событий, оставшихся в трех сгенерированных наборах событий после применения критериев 1 — 9. Здесь строка "Предотбор" соответствует отбору по первому критерию, а строка "После отборов" — отбору по критериям 1 —9 табл. 1.
Таблица 2 показывает более детально происхождение кандидатов в прямые фотоны. Числа в колонках "7dir" соответствуют числам событий, обусловленных подпроцессами qg — q + 7 и qq — — g + y и оставшихся в каждом из интервалов
PY на уровне предотбора и после всех отборов. Аналогично числа в колонках "Ybrems" табл. 2 соответствуют числам фоновых событий с фотонами, излученными из кварков, участвующих в жестком партон-партонном взаимодействии 2 — 2, а
9)Работы [1,2] содержат более точные определения Ptclust и Ptout, введенных как новые физические переменные, полезные для отбора событий с более чистой топологией.
712 БАНДУРИН, СКАЧКОВ
Таблица 2. Число сигнальных и фоновых событий, оставшихся после применения всех критериев отбора
; [nil Р± > ГэВ/с Критерий ^ brems Фотоны из распадов мезонов (7mes) е±
Г] LÜ К0 лs
40 Предотбор 18056 14 466 152927 56379 17292 14318 2890
После отборов 6238 686 824 396 112 104 24
70 Предотбор 39340 63982 761926 269 666 87932 63499 17 562
После отборов 8608 424 320 146 58 36 64
100 Предотбор 56764 111 512 970710 346349 117816 91 416 38872
После отборов 11452 280 124 92 24 24 136
Таблица 3. Значения эффективностей и отношения сигнал/фон (s/b) в отобранных событиях
pfn, ГэВ/с s в es, % ев, % s/b s/Vb
40 6238 2122 34.55 ±0.51 0.831 ±0.018 2.9 135.4
70 8608 984 21.88 ±0.26 0.079 ±0.003 8.8 274.4
100 11452 544 20.17 ± 0.21 0.033 ±0.001 21.1 491.0
столбцы 5—8 содержат числа событий с фотонами, возникающими от распадов нейтральных мезонов п0, n, w и КО (7mes-события).
Последний столбец табл. 2 содержит число событий с e±, прошедших отборы табл. 1. Можно отметить, что их доля в значении общего фона, рассмотренного выше, после всех отборов составляет 1% для ^m™ = 40 ГэВ/с и возрастает до 25% при pf" = 100 ГэВ/с10) (см. подробнее [1]).
Числа в табл. 3 содержат в компактной форме конечную информацию из табл. 1, 2. Значения в колонках "S" и "B" включают в себя общие числа сигнальных и фоновых событий п), взятых после применения критериев 1—9.
Таким образом, мы видим, что применение предложенных критериев приводит к набору событий "фотон + струя" c подавленным вкладом фоновых процессов и обладающих чистой топологией, т.е.
10)Для приблизительной оценки вклада е±-событий можно принять значение эффективности нахождения треков в центральной области детектора D0 < 0.9), определенное во время Run I [6] и равное 83%. При такой эффективности вклад е±-событий в общий фон не будет превышать 5% даже при Pf > 100 ГэВ/с. п)Здесь для приблизительной оценки вклада е±-событий мы приняли значения эффективности нахождения треков в центральной области детектора D0 (|^| < 0.9) из Run I [6], равное 83%, обеспечивающее подавление вклада событий у = е± в общий фон до 5% даже при Pf > > 100 ГэВ/с.
имеющих хорошо изолированный фотон и подавленную активность кластеров вне системы "фотон + струя"12).
Стоит также подчеркнуть, что, в отличие от других типов фоновых событий, фон уЬгет является неприводимым. Число таких событий должно
быть тщательно оценено для каждого инте
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.