第18章：LHC 喷注“通道内相干”随拥塞度更新量

目录 ／ 附录-预测和证伪

一、【一句话目标】
在大型强子对撞机（LHC）的质子—质子样本中，围绕喷注内部的通道内相干（沿着色流通道的软辐射—裂变同向关系与角序结构），量化其随拥塞度（pileup/底事例与局域能流密度）变化的更新量。若在不同通道（二喷注、γ+jet、Z+jet、顶夸克碎裂）与不同重构与修剪口径下，相干指示量随拥塞度呈一致、单调、跨算法稳健的方向变化（而非被稀释或随机化），并能被环境前馈（仅基于拥塞代理量）盲化命中，则支持“路径型共同项”的主张；若相干被拥塞显著破坏/去相关，且难以跨算法与跨团队复现，则否证。

二、【要测什么】

1. 拥塞度与其代理量（文字化分档）：
   • 全局拥塞：每束团平均重叠事例数 μ、基于 FastJet 区域中位数法得到的事件能流密度 ρ、横向区（transverse region）标量 ΣpT 与 Nch；
   • 局部拥塞：喷注外环（R→2R）内的局域 ρ_local、喷注周围的跟踪—顶点关联密度与孤立度；
   • 分档口径：统一划分低/中/高三档，并在不同数据期与触发下保持可比。
2. 通道内相干的文字化指标（多角度）：
   • Lund 平面主脊清晰度/窄度（“清晰/中等/模糊”）与角向有序性（“增强/保持/破坏”）；
   • 修剪后劈裂对称度与尺度：Soft Drop 的 z_g、R_g 的排序是否随拥塞单调迁移（“向中等对称度聚集/保持/向极端不对称扩散”）；
   • 能量相关函数与亚结构比值（如 D2、C2、N‑subjettiness 比值 τ_21、τ_32 的文字分级）：分布是否变窄/持平/变宽；
   • 色流拉角（pull angle）与拉向量强度：对二喷注与 γ/Z+jet 的色流取向是否在拥塞升高时更集中/不变/发散；
   • 软成分同向比：喷注内扇区的同向—反向计数比是否随拥塞单调更新。
3. 更新量定义（纯文字）：
   在低→中→高拥塞分档间，对每一相干指标记录**“上升/持平/下降”与幅度等级（强/中/弱），并给出整体相干更新量**的合成判定。
4. 通道与色流对照：
   • 二喷注（强色连接）与 γ+jet/Z+jet（色净对照）对比；
   • 夸克富集 vs 胶子富集子样；
   • 顶夸克喷注（含衰变链）与 QCD 喷注对照，用以检验相干口径的通用性。

三、【怎么做】

1. 样本与重构
   • 采用多期 LHC pp 数据（Run‑2/Run‑3），统一使用 anti‑kT（R=0.4/0.6）与 Cambridge/Aachen 重构；
   • 并行生成卡洛/粒子流喷注与基于跟踪的喷注；
   • 采用三种堆积抑制路径：PUPPI/SoftKiller/成分减法，以及三种修剪/掐枝参数族（Soft Drop 的 z_cut 与 β 扫描）。
2. 前馈—盲化—仲裁
   • 环境组（前馈）：仅基于（μ、ρ、ρ_local、ΣpT^trans）为每个通道与分档输出预测卡：对各相干指标在低→高拥塞间的方向（上/平/下）与强度等级；
   • 测量组（独立管线）：在三种堆积抑制×三种修剪族的 3×3 网格下，逐项产出相干指标的文字化分布与趋势；各管线仅共享事件质量标签与分档编号；
   • 仲裁组：按预注册规则对齐预测卡—实测摘要，计算命中/错向/空击率，并在通道/算法/数据期维度分层统计。
3. 拥塞操控与对照
   • 零偏置叠加：用最小偏置事件人工叠加到相同硬散射上，构造可控拥塞梯度；
   • 横向区基线：以横向区的 ΣpT、Nch 作为事件级拥塞度标尺，与 FastJet‑ρ 交叉校准；
   • 随机锥与移位锥：评估非喷注软底流对相干指标的偏置，并做文字化剥离。
4. 色流—几何分层
   • 对背对背二喷注与 γ/Z+jet分别计算拉角与Lund 主脊的一致性；
   • 将样本按喷注动量、|η|、R 值与夸克/胶子富集标签分层复算，以检验通道内相干的普适性与可迁移性。

四、【阳性/阴性对照与剥离假象】

1. 阳性对照（支持路径共同项）：
   • 在堆积已抑制与修剪已统一的前提下，Lund 主脊在拥塞升高时依然清晰或更清晰，拉角在二喷注/γ+jet 中表现为更集中或持平，z_g、R_g与 D2/τ_21 的分布单调更新且方向与前馈一致；
   • 局部拥塞（ρ_local）优于全局拥塞（μ、ρ）预测相干更新量的排序（更高命中率）；
   • 以上趋势在三类堆积抑制×三类修剪族、多期数据与独立团队之间方向一致。
2. 阴性对照（反对路径共同项）：
   • 使用随机叠加或旋转喷注轴后仍出现“相干增强”，判为方法偏好；
   • 仅在卡洛喷注或仅在单一修剪参数下显著，跟踪喷注/顶点关联不支持，判为堆积/关联误配；
   • 在γ/Z+jet（色净对照）中与二喷注方向相反或不复现，判为色流假象或底事例耦合。

五、【系统误差与对策（不超过三点）】

• 堆积与底事例建模：过度/不足扣除会假性改变相干。对策：PUPPI/SoftKiller/成分减法三法交叉；用随机锥与零偏置叠加校准残差，并在报告中分层给出堆积依赖。
• 触发与选择偏置：触发阈值与孤立条件改变夸克/胶子比例与相干口径。对策：按触发菜单与pT 区间分层，报告触发变体的一致性；采用γ/Z+jet作色流与触发的双基线。
• 探测器效应与越束堆积：时间窗与外推效率影响软辐射重构。对策：使用时序信息/顶点—轨迹强制关联；在卡洛—粒子流—跟踪喷注之间做三角对比，并以数据驱动方法建立不确定度等级。

六、【执行与公开】

• 预注册：拥塞分档、相干指标的文字化分级口径、前馈预测格式、盲化与仲裁规则、阳性/阴性对照与排除条款；
• 留出与复验：为每个通道与拥塞档位设留出数据片段与留出参数族用于最终确认；
• 跨团队/跨算法复现：在ATLAS/CMS 开放数据或合作数据与独立管线间互换四级产出（对象—喷注—子结构—文字分级表）；
• 公开材料：发布拥塞模板、预测卡、相干更新量分级表、堆积抑制与修剪配置日志与关键中间产物；
• 与第1章（路径“无色散公共项”跨探针共证）、第15章（偏振成组对齐—丝网协同）、第24/25章（高能相干与真空可工程化相关章节）形成互证闭环并相互引用。

七、【成败线】

1. 支持（通过）：
   • 在**≥2 个通道**（如二喷注与 γ/Z+jet）与**≥2 套独立管线中，相干指标随拥塞的更新量方向一致、单调**，且环境前馈命中率显著高于随机；
   • 局部拥塞优于全局拥塞解释相干更新量的强弱排序；
   • 结果对堆积抑制/修剪/重构算法与触发变体稳健，并在零偏置叠加—随机锥—旋转轴等对照下保持。
2. 否证（未通过）：
   • 相干随拥塞普遍被稀释/去相关，或不同管线/算法给出相反方向；
   • 前馈命中率接近随机，或仅在单一算法/单一数据期显著；
   • 在色净对照（γ/Z+jet）中不复现/方向相反，或对局部/全局拥塞不敏感。