Einige Aspekte der QCD BEI HERA und was man dabei lernen kann Thomas Schörner-Sadenius Universität...

Einige Aspekte der

QCD BEI HERA und was man dabei lernen kann

Thomas Schörner-SadeniusUniversität Hamburg

Bonn, 11. Mai 2006

Bonn, 11. Mai 2006 TSS: QCD bei HERA 2/30

ÜBERSICHT

¶ HERA UND ZEUS Vorbereitet auf Unvorhersehbares?

¶ QCD BEI HERA Konsequenzen für LHC?

¶ “ES TUT SICH WAS!”, GROSSE FRAGEN Wo werden wir in 10 Jahren stehen?

¶ AUSBLICK

– Auch ein “altes” Experiment ist noch spannend – LHC kann von der HERA-Erfahrung profitieren

Datennahme, Detektor(weiter)entwickung, unerwartete Probleme, Trigger …

F2, Partonverteilungen, Jets, Kopplung S,

Was lernen wir für die Zukunft (LHC)? NLO+PS, “resolved”, Parton-Dynamik, …

R. Klanner und TSS, Physik Journal, Mai 2006, 41


Ideen/TODOS

• NLO+PS einbauen und Referenz• Irgendwie zum Atlas-Trigger kommen und Referenz (am Anfang, wenn es um Flexivilitaet geht …)• Doktorarbeitsplots• Neues Paper-Plots• NLOLIB-Plots• Praezision vergleichen udn sagen, dass nicht so gut wie z.B. AFB ;-) …• Brotund butter:

– F2 (nicht so wichitg, aber PDFs, NNLO)– Jets und E-Skala alphas, uncertainty, bumps, contact interactions …– Jets und alphas (unification)– Jet-Algos, …

• QCD dann: – Frameworks wie NLOLIB– Jets in den Fits– NLO+PS etc. und hoehere ORdnungen– (Resolved)– Partondynamik und forward physics

• Wieviele CAL-Kanaele hat ATLAS?


HERA UND ZEUSep-Kollisionen bei s = 318 GeV


ep-STREUUNG BEI HERA … in niedrigster Ordnung der QCD

,Z,W

k Lepton (e±)

ProtonP

k’(e±,)

p=xP

Q2=-q2=-(k-k’)2

y=1-E’/E: Inelastizität

Q2: VirtualitätAuflösung ~1/Q

Bei gegebenem s sind nur zwei Variablen unabhängig: Q2 = s·x·y

x=Q2/2Pq: Protonimpulsanteil

Ee = 27.5 GeV

Ep = 920 GeV

s = 4EeEp ~ 318 GeV


DAS ZEUS-EXPERIMENT … es läuft und läuft und … entwickelt sich weiter …

Das Experiment braucht mehr und mehr Pflege.

Microvertex-DetektorErste Erträge

(schwere Quarks).

6m-Tagger fängtan beizutragen:

- Luminositätsbestimmung- FL-Bestimmung

Aufgerüsteter Vorwärts-Tracker STT

“Arbeitspferd” Uran-Kalorimeter


URAN-SZINTILLATOR-KALORIMETERkompensierend, gute hadronische Energieauflösung

FCAL-Modulmit 23 Towern mit

je 12 PMTs.

23 (32) Modulein F/RCAL (BCAL).

Signalerzeugungdurch Schauer-entwicklung in

Szintillator, Uran

- 12000 Kanäle (H1: 45000, ATLAS: )- Ca. 240 tot (vormals 360!)- E/E~0.18/E für Elektronen- E/E~0.35/E für Hadronen

- Aber alte Stecker/Kabel, lose Ver- bindungen, Detektor als “Mülleimer”

Koordination2004/2005.


STT – DER STRAW-TUBE-TRACKER… liefert nach langer Auszeit (Kühlung!) Daten!

Temperaturmodell des inneren Detektors ohne/mit zusätzlicher Kühlung “ohne” wird Belastung der Spule zu gross (T=230, jetzt 60)!

Temperaturverhaltem jetzt zeitlich stabil

Ende 2005 72m Kupfer-Kühlschlangen eingebaut


6m-TAGGER Nutzen für die longitudinale Strukturfunktion FL.

pg

x

x

x

xM

x

xGI

,

cossin

sincos

0

0

0

0

Proposal to PRCApril 2006

Ziele: – Bestimmung der Akzeptanz des Lumi-Systems– Bestimmung des Photoproduktionsuntergrundes in tiefunelastischer Streuung besondere Bedeutung für Messung der longitudinalen Strukturfunktion

FL bei hohen Inelastizitäten y.

– keine/kaum Rekonstruktions- und Simulationscode vorhanden.– keine Effizienz/Akzeptanzabschätzung

– Akzeptanzbestimmung “manuell” mit Matrixformalismus– in etwa Reproduktion alter Simulationsergebnisse zur Akzeptanz

Probleme:

Ansatz:


HERA-PERFORMANCEDas HERA-II-Programm ist ein Erfolg!

- Grob 5-fache Luminosität (bezogen auf HERA-I) – Upgrade-Ziel erreicht.- integrierte Luminosität: Ca. 150 pb-1 HERA-II-Daten auf Band. - Derzeit bis zu 5 pb-1 pro Woche.

Durchschnittliche ZEUS-Effizienz ca. 75% (40-90%).


HERA-PERFORMANCEWir erreichen 5*1031cm-2s-1!!


ZEUS LEIDET UNTER UNTERGRUNDBedrohung für zentralen Tracker, Problem für Datennahme

Typische Füll-Situationmit Proton-Spikes (dunkelgrün)

und Tracker-Trips (rot).

Zahl der Tracker-Tripsals Funktion des Tages.

HERA kann nicht immer gute und stabile Strahlen bereitstellen.

Run Coordinatorseit Anfang 2005


FLEXIBLER TRIGGER IST WICHTIG! Was kann man z.B. für ATLAS lernen?

Selection 2·1033 cm-2s-1 1034 cm-2s-1

MU6(20?) (20) 23 (3?) 4.0

2MU6 --- (1?) 1.0

EM25i (30) 11 22.0

2EM15i (20) 2 5.0

J200 (290) 0.2 0.2

3J90 (130) 0.2 0.2

4J65 (90) 0.2 0.2

J60+xE60 (100) 0.4 0.5

TAU25+xE30 2.0 1.0

MU10+EM15i --- 0.4

others 5.0 5.0

total ~ 44 (25?) ~ 40

Prinzip größtmöglicher Inklusivitätgefährlich, weil anfällig für Noise und Untergrund?

TSS, Mod.Phys.Lett.A18 (2003) 2149

RoI-(Region-of-Interest)-Konzeptsinnvoll – wieviel topologische Information nutzbar im CAL auf Level1 mit neuesten FPGAs?)


FEUER BEI ZEUS !… und auch sonst ist es nicht langweilig

Seit Antritt als einer von vier “Run Coordinatoren” Anfang 05: ein Feuer nahe am Experiment mehrere Evakuierungsalarme Gas-Alarms, …

Vorbereitet auf Unvorhersehbares?


ÜBERSICHT




¶ AUSBLICK






DIE STRUKTURFUNKTION F2

Präzisions-QCD bei HERA

2222

22 ,,ln

,QxgPQxFP

Qd

QxdFgqSqgS

Gute Beschreibung der Daten großer ErfolgQCD bei HERA ist Präzisionsphysik!

qqi

iiep qQxfxQxF,

2222 ,,

(Partonverteilungen fi, Ladungen qi)

Photonimpuls q(Q2 = -q2)

Impulsbruchteil x

q

e±e±

Proton

Inklusive Messung:Winkel, Energie

QCD-Kopplung Strukturfunktion Gluon-Dichte


PARTONVERTEILUNGENund ihre Unsicherheiten

¶ Die verschiedenen Bestimmungen der PDFs weichen signifikant voneinander ab. Unterschiede schon in den Daten – nicht im Fit.

¶ Viele wichtige Kanäle bei LHC betroffen (ggH)

¶ PDF-induzierte Unsicherheit des Higgs-Wirkungs- querschnitts derzeit je 10% durch Quarks und Gluonen.

Q2 = 5 GeV2: Fehler 100%,

Kenntnis der PDFs (HERA) wichtig für Entdeckungen + Interpretation bei LHC!

Q2 = 200 GeV2: Fehler 10%,

Reicht das, um Essenz des Higgs-Mechanismus zu bestätigen (tH~mt)?


JET-PHYSIK BEI HERApQCD, Partonverteilungen, Kopplung S, …

2

1 ,,

),,/(ˆ),()(m gqqa

frBjfarms xf

Wirkungs-querschnitte

– Untersuchung der unterliegenden Eichgruppe– Starke Kopplung.– Partonverteilungen und ihre Universalität.– Faktorisierung in weiche/harte Anteile der Wechselwirkung– Vorhersagen der perturbativen QCD(– Unabhängigkeit vom Typ des ausgetauschten Bosons)(– Partondynamik im Proton (DGLAP versus BFKL))

Perturbative QCD, kollineare Faktorisierung:

Tests

Theorie “nur” in nächst-führender Ordnung (NLO,Parton-Niveau ohne Parton-schauer) oft von theo.

Unsicherheit dominiert!

Fehler oft von Theorie dominiert; hervorragendes Verständnis der Jet-Energieskala (1-3%)!


JET-PHYSIK: QCD-TESTS ISpin der Teilchen, Farbfaktoren ¶ QCD: DIE effektive Theorie der starken Wechselwirkung. ¶ Aber sehen wir wirklich SU(3)C? – nicht-abelsch 3-Gluon vertex? – Spin-1/2 (1) Quarks (gluonen)? – Farbfaktoren?

¶ Einige Tests von Spin, Farbfaktoren in e+e– and ep:

Quark-Propagator

Gluon-Prop.

Scheinbar QCD!Starke WW von SU(3)C beschrieben!


JET-PHYSIK: QCD-TESTS IIWirkungsquerschnitte - Beispiele

ZEUS Collab., DIS06.

H1 Collab., PLB XXXXX (2002)

Über weite Bereiche beschreibt QCD in NLO die Daten hervorragend!Faktorisierung, perturbative QCD, Universalität der PDFs – alles gut!

Inklusive Jets bei niedrigen Q2-Werten, 5 < Q2 < 100 GeV2

Dijets bei hohen Q2-Werten, Q2 > 125 GeV2


BEDEUTUNG VON JETSfür LHCHier erwaehnen:

- QCD-Untergrund fuer alle Suchen

- Erinnerung an Aufregung bei High-ET-Bump vor einigen Jahre neue Signaturen in Bumps in Jet-Spektren?

- irgendein Plot? Mini black holes Bild?


JET-PHYSIK: QCD-TESTS IIIBestimmungen der starken Kopplung

S(MZ)=0.1187(20) [PDG]S(MZ)=0.1182(27) [Bethke]

S(MZ)=0.1186± 0.0011(exp)±0.0050(th)

Weltmittel(NNLO)

HERA-Mittel(NLO)

¶ konsistente Einzelmessungen in vielen Prozessen.¶ “Laufen” der Kopplung wird von QCD beschrieben. ¶ HERA-Messungen: vergleichbare Genauigkeit.


BEDEUTUNG VON S z.B. für die Große VereinheitlichungNur unter der Annahme von Supersymmetrie (Erweiterung des Teilchenspektrums!)vereinigen sich die drei Kopplungen des Standardmodells bei ca. 1016 GeV!

Zur Überprüfung ist möglichst genaue Kenntnis von S nötig!

Verhalten bei hohen Skalen nur durch Renormierung, Teilchenspektrum und Startwerte bei heute zugänglichen Skalen bestimmt.

Standard-Modell SUSY

1 = (5/3)·/cos2W

2 = /sinW

2 = S


ÜBERSICHT




¶ AUSBLICK






EVENT SHAPESmit Resummation (NLL) und “Power corrections”

Thrust-Verteilung

Bestimmungvon 0, S.

Funktionieren PCs generell? Wurden theoretische Fehler unterschätzt? Anwendbarkat auf Hadron-Hadron-Maschinen?

Alternativer Beschreibung der nichtperturbativen Hadronisierung. Hängen nur von universellem Parameter 0 ab:

Power corrections

p

pSpowpowPT QQfVVVV

),,( 0

Einheitliches Bild?Unklar!


I. Borjanovic et al., hep-ex/0403021

RCluster

UE

“UNDERLYING EVENTS” (UE) +mehrfache Wechselwirkungen (“Multiple Interactions”)

mt [G

eV]

UE ist großer Effekt! Wichtig für:

– mtop-Cross-Checks (Bild).– “Jede” Jet-Physik – als Effekt an sich.

Tests / Anpassung der Parameterbei Tevatron und HERA.

UE ist die Summe von– Remnant-Remnant-WW– weicher Strahlung– mehrfachen Kollisionen

Nicht perturbativ zugänglich!


MODELL-ANPASSUNGz.B. an pT-Summen in “transversaler Region”

– Summe der Impulse in transversaler Region– Modelle in etwa an Daten angepasst.

– Extrapolation zum LHC scheitert deutlich– Tieferes Verständnis des Phänomens nötig.

Tevatron

LHC

HERA pPhotoproduktion bei HERAist effektiv Hadron-Hadron-Streuung:

Hadronischer Charakter des Photonsist “einstellbar” (Q2) HERA idealerOrt für systematisches Verständnis!


Mit UEOhne UE

ERFAHRUNGEN BEI HERAParameter-Anpassung und neue Ideen(?)

Schon ältere Analysen (4-jet-Ereignisse in Photoproduktion) zeigten/quantifizierten UE-Bedarf.

Neue 3-Jet-Analyse in Photoproduktion untersucht relevante Parameter und initiiert Diskussion mit Theoretikern!

ZEUS Collab., DIS06


THEORIE-FRAMEWORKS Wichtig für effiziente Vergleiche Theorie-Daten

Idee • Vereinheitliche Zugang zu verschiedenen MC-Programmen oder NLO-Rechnungen einfacherer Abgleich Daten-Theorie

Beispiele • HZTOOL (MC-Programme für Physik bei HERA)• JetWeb: Web-basierter Zugang zu verschiedenen MCs. • NLOLIB: NLO-Rechnungen für ee, ep, pp.

NLOLIB

• DISENT, JetViP (Jets in DIS, bald DISASTER++, MEPJET).

• RacoonWW (4f-Prozesse in ee)

• NLOJET (Jet-Production in pp)

• bald: FMNR (Photoproduktion schwerer Quarks in ep)

K.Rabbertz und TSS, Proceedingsdes HERA-LHC-Workshops

Zugang zu verschiedenen Rechnungen zu einer Analyse drastisch vereinfacht!


PARTON EVOLUTION SCHEMES The `forward jet’ question

- Tighter cuts than H1 same statistics from 72pb-1. R=Q.- 20 < Q2 < 100 GeV2.

only 1997 data, 13.7pb-1, 5 < Q2 < 85 GeV2, R=ET, ET > 5 GeV All models below the data at low x; CDM and MC `dir+res’ best non-kt-ordered contribution mimicking BFKL, or higher orders? First distinction between dir+res MC and CDM if require additional dijet system: only CDM works.

H1

New ZEUS

No new experimental conclusions.

Theory (Sassot et al.): Kinematics!


JETS UND PARTONVERTEILUNGENZugang zur Gluondichte bei hohen x mit Jets

Benutzung von Jet-Daten in ZEUS-Fits verbessert Gluondichte drastisch!

s

s

Die Gluondichte xg(x) ist bei hohen x im wesentlichen unbekannt (Summenregeln, Tevatron-Jets)

Jet-Daten haben Zugang zur Gluon-dichte bei hohen x (Boson-Gluon-Fusion):

x

ZEUS Collab., XXXX

HE

UT

EE

nde

200

7


NEUES AUS DER THEORIE … hinkt bei HERA dem Experiment hinterher …

Viele QCD-Messungen sind theoretisch limitiert (NLO!)- Kopplung S, Jetwirkungsquerschnitte, …

Problem

Fortschritt – Rechnungen mit höheren Ordnungen da oder greifbar nahe. - 2-Loop-Splitting-Funktionen (F2 in NNLO) existieren! - NNLO für Jets bald? (Problem: Matching der Beiträge)

– Kombination von NLO-Rechnungen mit Partonschauer- Algorithmen ist gross in Mode: - korrekte Beschreibung harter und weicher Prozesse in EINER Rechnung! - Problem 1: Negativer Gewichte in Partonschauern? - Problem 2: Vermeidung von Doppel-Zählungen von Gewichten?

– Resummationsrechnungen z.B. für “Event shapes” bei HERA

B. Pötter und TSSPLB XXXXX

Leider Viele Fortschritte in e+e– (“leicht”) oder pp (“wichtig”).– Vieles gar nicht / verzögert für HERA gerechnet– Schade, weil daraus resultierender Gewinn auch wichtig z.B. für LHC (PDFs, Partondynamik, …)


ZUSAMMENFASSUNG

Fehlt noch …


BACKUP


DIJETS IN PHOTOPRODUCTIONIn principle access to photon PDF.

Selection: – 39pb-1 from 1996/97.– ET > 14 (11) GeV – separation power between different photon PDFs!Highest sensitivity at low ET subtraction of underlying event – but great model dependence!

Compare to NLO calculationsand exploit sensitivity to structure via x (gluon!)

Aim:

Problem:

21

21

2,1,

2,1,

2

1

2

1

eEeEE

x

eEeEyE

x

TTp

p

TTe

We need a dedicated study of the underlying event at HERA!


JET PHYSICS: UNDERLYING EVENT?


JET PHYSICS: BASICS IIAlgorithms, reference frames, theory, uncertainties, EFOs

Jetalgos /

correction

• Almost exclusively longitudinally invariant kT in the inclusive mode (in Breit frame for DIS).• Applied to energy flow objects or calorimeter objects. Current uncertainty on hadronic energy scale: 1-3%

• Correction for dead material etc. in individual analysis.

Theory• DGLAP-based NLO calculations for 1/2/3 jets in DIS (2 jets in photoproduction).• Data correction for detector/QED/hadronisation effects done with LO MC programs. Consistency?• Looking forward to NLO+PS programs (MC@NLO).

Uncertain-ties

• Mostly now dominated by theoretical uncertainties. - Only NLO theory estimate effect by varying renormalization scale. - PDF uncertainties not negligible. Uncertainty on coupling?

• jet energy scale 1-3% 10-15% in Xsection.• Statistics is not the critical item. Progress in systematics?


OVERVIEW

¶ INTRODUCTION

¶ BASIC JET PHYSICS AT ZEUS (HERA I) • Tests of perturbative QCD with jets • Determinations of the strong coupling with jets • Contributions to PDF determinations from jets

¶ MORE DETAILED STUDIES

¶ CONCLUSIONS AND OUTLOOK


INCLUSIVE JET CROSS-SECTIONS (DIS)`Simple’ measurement – take PDFs/S as given

Tests – factorisation– pQCD, – PDF universality

Selection – ~80pb-1 from 98-00

– 125 < Q2 < 5000 GeV2

– ET > 8 GeV (Breit)


INCLUSIVE JET CROSS-SECTIONS (DIS)Also double-differentially, comparison to NLO


DI / TRIJETS IN DISTesting higher orders in pQCD

Selection – ~80pb-1 from 98-00– ET > 5 GeV (Breit)– 10 < Q2 < 5000 GeV2

– Mjj > 25 GeV

In ratio of dijets to trijets someuncertainties cancel out(lumi, partly energy scales, etc.)

SSS

SS

DD

TT

dijets

trijets

2

21

32

21

)(

)(

Nice possibility to extract S!


EXTRACTION OF S

Typically done using interpolation

Dependence of cross-section on s(MZ) in each bin from NLO pQCD with different input s(MZ) values.for example with MRST or CTEQ4 (3/5 different s values, 0.110 to 0.122).

Use function to map measured cross-section to value of s(MZ).

Functional dependence on s(MZ) then approximated by

-- Ai, Bi determined in fit.

ZsiZsiZsi MBMAM 2

Input:

Parame-trisation:

Result:


S FROM INCLUSIVE, 2, 3 JETSTheory starting to dominate measurement

World average: s(MZ) = 0.11870.0020H1 inclusive jets: s(MZ) = 0.11970.0016(exp)0.0047(theo)

ZEUS inclusive jets: s(MZ) = 0.11960.0025(exp)0.0023(theo)ZEUS R3/2: s(MZ) = 0.11790.0013(stat)

0.0037(exp)0.0055(theo)


SUMMARY ON HERA S (C. Clasman)

HERA : S(MZ)=0.1186±0.0011(exp.)±0.0050(th.) (only NLO)Bethke: S(MZ)=0.1182±0.0027 (all NNLO)

Nice demon-strating of running

in HERA data.

Consistency ofall results is an

important check!


ACCESS TO PDFs WITH JETS Hope: Improve gx(x,Q2) at high values of x

s

s

Uncertainties are very large: – 15% at x=0.3, – 200% at x=0.5.

Problem Gluon density xg(x) at high xbasically unknown – constrainedonly by momentum sum rules and Tevatron jets with large ET.

Idea Jet data provide access to high x gluon via BGF process.

Problems … exploiting this feature: … Many …

QCDC BGF


ACCESS TO PDFs WITH JETS Reminder: Thesis M. Wobisch (2000), xg(x) from jets


– from integration of PDF and hard scattering matrix element– to multiplication of constant PDF and tabulated and summation over all bins of x and f. 0.01s for NLO !!!!!

• Divide phase-space in small x-f bins.• Remove `constant’ PDF bit from integration in each bin,• integrate the in each bin for once and for good and• store the integrated values in ASCII table.

METHOD How to get jets NLO in <1s?

Assumption • PDFs are approx. flat in small bins of x and f.

Problem • Evaluation of NLO jet cross-sections: 8 hours for 50M events.• PDF fit requires O(1000) evaluations PROBLEM!

d

Simplification

2

1

5

5 ,,,

,

),,/(ˆ),()(m a

jfriBjijfiarms

jfi

xdf

2

1

5

5

),,/(ˆ),()(m a

frBjfarms xfd

Flat!

Table!


THE METHOD WORKSfor DIS, photoproduction, heavy flavours, Tevatron …

Comparison of normal NLO calculation with NLO cross-sections calculated with the formulae on the slide before.

ZEUS inclusive jets.

D0 inclusive jets.


INPUT DATAin addition to F2

Photo-production

dijets

High-Q2

inclusive jets


EFFECT ON STRONG COUPLING Very much constrained by jets dataStrong correlation between s and the gluon density for in-clusive F2 data

large increase in gluon uncertainty when s free!

Jet cross sections directly sensitive to s via *g qqbar (coupled to gluon) and via *q qg (NOT coupled to gluon)

s NOT as strongly correlated to gluon

F2 + jets

F2 + alone


OVERVIEW

¶ INTRODUCTION

¶ BASIC JET PHYSICS AT ZEUS

¶ MORE DETAILED STUDIES • Parton evolution in the proton • Transition from photoproduction to DIS • More selected topics from jet physics • Event-shapes and charged multiplicities

¶ CONCLUSIONS AND OUTLOOK


PARTON EVOLUTION SCHEMES The `forward jet’ question

DGLAP approximation resumming terms lnQ2 for parton evolution works very well for most of HERA regime (F2!)

DGLAP: kT ordering!

BFKL: x ordering!

kT large

x large

forward region: > 2 (close to proton) jet ET

2 ~ Q2 (suppressed in DGLAP) large xjet=Ejet/Eproton (realized in BFKL)

Breakdown expected at very low x! Can we distinguish the onset of BFKL-like evolution in ln1/x? “forward jets”.

Startingpoint

Question

Forwardjets

Design phase-space to suppress DGLAP and enhance BFKL:

All results so far: Problems at low x! But not firm conclusions drawn: -- NNLO terms missing? -- Resolved contribution? -- BFKL evolution scheme?-- pure kinematics?


FROM PHOTOPRODUCTION TO DIS The transition region and its problems

direct

resolved

x

xR

obs

obs

75.0

75.0

x=1“direct”

x<1“resolved”

Resolved relevant even ifQ2>100 GeV2. Scales?

p NLO, MC+PS+res okay!

Quantify amount ofresolved as function of Q2 and ET with R=res/dir.

For ET2>Q2 parton resolves

structure of photonResolved

Aim

Results

No NLO theory for resolved in DIS!

JetViP (Pötter) has problems.


COLOR DYNAMICS IN JET EVENTS Testing the underlying gauge group (SU(3)C) like LEP

23: angle between two lowest-energy jets in 3-jet events!

Sensitivity to different contributions hope to test gauge structure!

Investigate color dynamics and underlying gauge group using QCD color factors CF, CA, and TF.

At LO 3jet Xsection sensitive to various color factor combinations:

CF2

CFCA

CFTF TFCA

DAFCFFBAFAFjetsep CTTCCCC 2

3

Aim


COLOR DYNAMICS IN JET EVENTS in DIS and photoproduction

SU(3) favoured, but U(1)3 not excluded!

DIS: 1015 eventsp: 2233 events

DIS: 82 pb-1, Q2 > 125 GeV2, ET > 8 / 5 GeV, 3 jets. Photoproduction: all HERA I (127pb-1), ET > 14 GeV, 3 jets.


SUBJET DISTRIBUTIONSin high Q2 DIS – study QCD radiation pattern / jet structure

- Study QCD radiation pattern using LL MC models and fixed order QCD calculations. - Use high-ET jets to minimise fragmentation etc. effetcs test structure of radiaton implemented in NLO pQCD.

Test variables ETsub/ET

jet, sub-jet,|sub-jet| and orientation of subjets in - space with respect to proton beam.

Increasing ycut

Aim

Define subjets by applying k algo to objects of one jet as function of distance measure dcut=ycut·ET

2. Chosen here: Jets with two subjets at ycut=0.05 (hadronisation)!

Method

Note for experts: Running NLO O(S

2) in lab frame jets with 3partons from fixed-order calculation!


SUBJET DISTRIBUTIONSin high Q2 DIS – study QCD radiation pattern / jet structure

All distributions nicely described by NLO QCD within 10%

radiation pattern understood / correctly implemented!

Selection – ~80pb-1 from 98-00 – Q2 > 125 GeV2

– ET > 14 GeV (Lab)

- ratio of subjet ET to jet ET.- 2 entries per jet.- trend towards similar energies


INTERJET ENERGY FLOWin photoproduction dijet events with large rapidity gaps

Normally lots of activity between two jets color connection.

Events with little activity between jets: study color singlet exchange in pQCD regime (high ET!) pomeron gap

Idea

Compare to MC models with(out) color singlet (CS) contribution: -- PYTHIA: high-t- exchange (MPI); -- Herwig: BFKL-Pomeron (JIMMY) added to dir+res.

gapTdE

d

Globally 3-4% CS exchange needed to account for small Et

gap cross-section. Amount depends on rapidity separation of jets (up to 50%).

Result


INTERJET ENERGY FLOWin photoproduction dijet events with large rapidity gaps

Fraction of events with rapidity gap energy below cut value as function of gap width.

For low cut values data and CS contribution level out at higher values of gap width!– non-CS contributions fall off exponentially


EVENT SHAPES: MEANSas a means to test power corrections (in high Q2>80 GeV2)

p

pSpowpowPT QQfVVVV

),,( 0

Idea Alternative way to describe non-pert. hadronisation corrections to event shapes. PC depend on one universal parameter 0.Example: Thrust (long. collimation)

PC approach works for means … … but fit to S and 0 difficult.

ii

ii

p

npT


CHARGED MULTIPLICITIESAt LEP, Tevatron and HERA

Expectation: – The current region in the Breit reference frame looks like a e+e- hemisphere.

– LEP and Tevatron find the same dependence of multiplicity on available energy. – What does HERA observe? Naively: Q~see.

Analysis: – 39pb-1 from 96/97.– Q2 > 25 GeV2,– tracks with pT > 150 MeV– use 2Ecurr instead of Q.– Multiply mean charged multiplicity by 2 for HERA comparison with LEP.

Result: – HERA exhibits same energy dependence as LEP and Tevatron.

Mean charged multiplicity.


CONCLUSION AND OUTLOOKHERA is a great machine for QCD!

HERAZEUS

– Aim of lumi upgrade reached: 5-times higher lumi than HERA I

– Hoping to get 700pb-1 on tape before shutdown in 2007.

– Experiments and machine getting a bit old … need lot of caretaking.

QCD@HERA

– HERA is an ideal laboratory which allows to adjust the parameters with which one wants to investigate QCD.

– HERA contributing significantly to - tests of pQCD (factorisation, PDF universality).- determinations of QCD parameters (PDFs, S).

- tests of theories / models (PC, BFKL, …)

Future– More statistics will allow for higher precision and thus better insight into QCD in few places. .

– Theoretical progress might improve our understanding of some problematic aspects of QCD (NLO@MC).

– Hopefully more insight into difficult subjects like parton evolution,

DIS-photoproduction transition, … . And input for LHC!


EVENTS IN ZEUS… our event display


URANIUM-SCINTILLATOR CALORIMETERprovides good control on beam, timing …

Momentumdistribution.

F/B/RCALtiming.

Imbalance betweenleft and right PMT foreach EMC FCAL cell.


ENERGY FLOW OBJECTS IN ZEUS Combining tracks and calorimeter information

Idea • Make best use of both detectors calorimeter at high momenta, tracker at low momenta.

Result • Resolution in pT,h and (E-pz)h. improves by 20%.

Method • Combine cells to ‘cone islands’.• Match tracks to islands.• Decide which information to use.


JET ENERGY CORRECTIONSto account for mis/non-measurements

Idea • Detector effects lead to mis- measurements of jet energies:

• Use MC simulation to estimate the effect and derive corrections.

jethadT

jetT EE ,det,

Method • Fit straight lines to detector-versus-hadron distributions (differentially in !, possibly several bins in ET).• derive slope b and offset m and correct ET: b

m

b

EE

uncorrTcorr

T det,det,

offset ~1,slope ~0.8.

offset ~0.1,slope ~0.98.


EVENT CORRECTIONSto account for detector/QED/Z0 effects

Datadetektor

akzeptance, efficiency

Comparison

NLO

QEDrunning, radiation

Z0 exchange

hadroni-sation


INCLUSIVE JET CROSS-SECTIONS (DIS)1998-2000 versus 1996/97

– As expected increase from 96/97 to 98-00 at high ET and Q2.

– Change described by NLO everything consistent.


TRIJETS IN DISTesting higher orders in pQCD

Selection – ~80pb-1 from 98-00 ET > 5 GeV (Breit)– 10 < Q2 < 5000 GeV2 invariant dijet mass > 25 GeV


TRI- AND DIJETS IN DIS in the same phase-space.

Idea: In ratio of dijets to trijets someuncertainties cancel out(lumi, partly energy scales, etc.)

Theory:S

SS

SS

DD

TT

dijets

trijets

2

21

32

21

)(

)(

Nice possibility to extract thestrong coupling with rathersmall uncertainties!


S FROM INCLUSIVE JETSTheory starting to dominate measurement

World average: s(MZ) = 0.11870.0020H1 inclusive jets: s(MZ) = 0.11970.0016(exp)0.0047(theo)

ZEUS inclusive jets: s(MZ) = 0.11960.0025(exp)0.0023(theo)


S FROM THE RATIO R3/2.Cancellation of some uncertainties

ZEUS R3/2: s(MZ) = 0.11790.0013(stat) 0.0037(exp)0.0055(theo)


SUMMARY ON S FROM ZEUS(C. Clasman)


RESULTS Massive reduction in gluon density uncertainty


EFFECT ON STRONG COUPLING Very much constrained by jets data


PHOTON PDF FROM DIJETS… just to point out the problems …

Low ET jets (6 GeV) are sensitive to the gluon content in the photon.

Large contributions from underlying

events subtraction procedure.

Size of correction depends on model! large uncertainties!

Gluon density in the photon as extracted from H1 dijet p data. Agreement with other determinations; very large errors.

Date post:	05-Apr-2015
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