[論文レビュー] A Study of the Charge of Leading Hadrons in Gluon and Quark Fragmentation

Martin Siebel|ArXiv.org|May 25, 2005

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、1994–1995年のe⁺e⁻衝突実験（√s = 91.2 GeV）でDELPHI検出器を用いて測定されたハドロンの電荷分布を用い、グルーオンジェットにおける色八重項中和を調査した。色八重項過程を含まないモンテカルロシミュレーションとは対照的に、グルーオンジェットにおける中性の先頭系の過剰が3σの有意水準で観測され、グルーオン豊富な環境における色八重項中和の強力な証拠が得られた。

ABSTRACT

In this study the electric charges of leading systems in quark and gluon jets from hadronic three-jet events in $e^+e^-$-annihilation measured with the DELPHI-experiment are examined. Leading systems are defined by a rapidity gap between the leading system of a jet and the rest of the event. The measured charge distributions are compared with results from Monte-Carlo simulations which do not contain colour-octet neutralisation processes. In the data an enhanced production of neutral leading systems compared to Monte-Carlo predictions is found in gluon jets, which is compatible with the expectations from colour-octet neutralisation. The quark jet sample is found in agreement with the simulation.

研究の動機と目的

• QCDの予測ではあるが未検証の、グルーオンを価価粒子として含むハドロンの存在を検証すること。
• グルーオンが色電荷をバランスさせる色八重項中和がグルーオンジェットで観測可能かどうかを調査すること。
• 電荷分布解析を用いて、このメカニズムを標準的な色三重項中和（クォーク-反クォーク対生成）と区別すること。
• 早期の色分離を示すラピディティギャップを、高次の三重項過程を抑制し八重項効果に感度を高めるシグネチャとして用いること。
• 色八重項中和の存在を、このメカニズムを含まないモンテカルロシミュレーションとデータを比較することで検証すること。

提案手法

• 1994–1995年のDELPHI検出器を用いたe⁺e⁻消滅から得られたハドロン的三ジェット事象を選別（√s = 91.2 GeV）。
• エネルギー順序（ジェット1：クォーク、ジェット3：グルーオン）を用い、bクォークタグギングによる照合を加えて純度を向上させ、グルーオンおよびクォークジェットを特定した。
• 先頭系とジェットの残りの部分との間のラピディティギャップΔy ≥ 1.5を定義し、高次の過程を抑制した。
• データの電荷分布を、3つのモンテカルロモデル（JETSET：Bose-Einstein相関有無、ARIADNE：BEC無し）と比較した。
• ラピディティギャップ依存効果を分離し、BEC由来のベースラインシフトを除去するために、系統的減算R′(Δy) = R(Δy) − R(0)を用いた。
• モンテカルロから得た純度を用い、統計的および系統的誤差の伝播を考慮した純度補正済み結果を計算した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 グルーオンジェットにおける標準的な色三重項中和の予測を上回る中性の先頭ハドロンの生成が観測されるか？
• RQ2 観測された中性の先頭系の過剰が、グルーオンを含む色八重項中和と整合的か？
• RQ3 この効果はラピディティギャップの大きさに依存するか？また、グルーオンジェットの純度に比例するか？
• RQ4 Bose-Einstein相関および検出器再構成の系統的影響に対して、結果は頑健か？
• RQ5 中性の先頭系の過剰生成は、グルーオンジェットにのみ見られるのか、クォークジェットでは観測されないか？

主な発見

• 色八重項中和を含まないモンテカルロシミュレーションと比較して、グルーオンジェットにおける中性の先頭系（SQ = 0）に3σの過剰が観測された。
• 純度の高いグルーオンジェット標本における相対的偏差R′(Δy = 1.5)は0.10 ± 0.02（統計）± 0.03（系統）として測定され、顕著な増幅が示された。
• この効果はラピディティギャップサイズΔyに線形的に増加し、高次の三重項過程の抑制と八重項効果の増強と整合的であった。
• クォークジェット標本ではシミュレーションからの有意なずれは観測されず、この効果がグルーオンジェットに特有であることが確認された。
• タグ付きグルーオンジェット標本（純度88%）では、エネルギー順序標本と比較して信号が約2倍大きく観測され、色八重項中和の予想と整合的であった。
• BEC、シミュレーションパラメータ、純度推定からの系統的不確実性は定量的に評価され、小さいことが判明した。最終的な不確実性は統計的および純度補正に起因するもので支配的であった。