Measurement of Inclusive Jet Cross Sections in Z/γ ∗( → e+e−) + jets Production in pp Collisions at √s = 1.96 TeV with the CDF Detector

Abstract

La Cromodinàmica Quàntica (QCD) és la teoria de camps que descriu les interaccions fortes entre quarks i gluons. La signatura més destacada de QCD en col·lisionadors hadrúnics és la producció de jets col·limats d'hadrons. La mesura de la producció d'aquests jets associats amb un bosó vectorial, W o Z/gamma*, proporciona un test estricte dels càlculs pertorbatius de QCD (pQCD). A més a més, alguns processos de nova física en col·lisionadors hadrúnics, com ara la producciÓ del bosó de Higgs i partícules supersimètriques, poden ser molt semblants a la producció de bosons vectorial associats amb jets que constitueixen un fons irreductible en aquestes cerques. Per tant l'estudi i comprensió de processos Z/gamma*+jets és una part crucial del programa de física del col·lisionador Tevatron. Durant el Run I del Tevatron, protons i antiprotons col·lidien amb una energia en el centre de masses sqrt(s) de 1.8 TeV. La producciÓ de Z/gamma*+jets es va estudiar durant el Run I amb el detector CDF utilitzant 106 pb-1 de dades. Les mesures es van comparar amb les prediccions de l'ordre més baix en teoria de pertorbacions (LO) més parton shower d'alguns generadors de Monte Carlo. Les comparacions estaven dominades per les grans incerteses en les prediccions de LO. En el Run II, el Tevatron i el detector CDF es van millorar i, entre d'altres importants millores, sqrt(s) es va augmentar a 1.96 TeV. El bon funcionament de l'accelerador i del detector van proporcionar una quantitat més gran de dades que va fer possible mesures diferencials de gran precisió.<br/>Aquesta tesi doctoral presenta la mesura de seccions eficaces inclusives de jets en esdeveniments amb Z/gamma*->ee utilitzant 1.7 fb-1 de dades obtingudes amb el detector CDF durant el Run II del Tevatron. L'algoritme de con Midpoint s'ha utilitzat per a buscar jets en els esdeveniments després d'haver identificat la presència d'un bosó Z/gamma* a través de la reconstrucció dels productes de la seva desintegració. Les mesures s'han comparat amb les prediccions del següent nivell (NLO) en pQCD per esdeveniments amb un o dos jets en l'estat final. Les prediccions pertorbatives s'han corregit per les contribucions de processos no-pertorbatius, com l'underlying event i la fragmentació dels partons en jets d'hadrons. Aquests processos no són descrits per la teoria de pertorbacions i s'han d'estimar amb models fenomenològics. En aquesta tesi, s'han realitzat un conjunt de mesures per a testejar diferents models d'underlying event i hadronització implementats en programes de Monte Carlo de LO més parton shower.

Quantum Chromodynamics (QCD) is the field theory that describes the strong interactions between quarks and gluons. The most prominent signature of QCD at hadron colliders is the production of collimated jets of hadrons. The measurement of the production of such jets in association with a vector boson, W or Z/gamma*, provides an stringent test of perturbative QCD (pQCD) calculations. Furthermore, some of new physics processes at hadron colliders, such as the production of Higgs bosons and supersymmetric particles, can be mimicked by the production of vector bosons in association with jets that constitute irreducible backgrounds to these searches. Therefore, the study and understanding of Z/gamma*+jets processes is a crucial part of the physics program of the Tevatron collider. At the Run I of the Tevatron, protons and antiprotons collided with an energy in the center-of-mass ps of 1.8 TeV. Z/gamma*+ jets production was studied during Run I with the CDF detector using 106 pb-1 of data. The measurements were compared to the predictions from leading order (LO) plus parton shower Monte Carlo generator programs. The comparisons were mainly dominated by the large scale uncertainties in the LO predictions. In Run II, the Tevatron and the CDF detector were upgraded and, among other important improvements, sqrt(s) was increased to 1.96 TeV. The good performance of the accelerator and the detector made available a larger amount of data, making possible precise differential measurements.<br/>This Ph.D. thesis presents the measurement of inclusive jet cross sections in Z/gamma*(->ee) events using 1.7 fb-1 of data collected by the upgraded CDF detector during the Run II of the Tevatron. The Midpoint cone algorithm is used to search for jets in the events after identifying the presence of a Z/gamma* boson through the reconstruction of its decay products. The measurements are compared to next-to-LO (NLO) pQCD predictions for events with one and two jets in the final state. The perturbative predictions are corrected for the contributions of non-perturbative processes, like the underlying event and the fragmentation of the partons into jets of hadrons. These processes are not described by perturbation theory and must be estimated from phenomenological models. In this thesis, a number of measurements are performed to test different models of underlying event and hadronization implemented in LO plus parton shower Monte Carlo generator programs.