[論文レビュー] ALICE luminosity determination for Pb$-$Pb collisions at $\sqrt{s_{\mathrm{NN}}} = 5.02$ TeV

ALICE Collaboration|arXiv (Cornell University)|Apr 21, 2022

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 36被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、Pb–Pb衝突における√sNN = 5.02 TeVの正確なランプシティ測定を、二つの独立した可視断面積（ゼロ・ディグリー・カリオメータ（ZDC）とV0検出器）を用いたヴァン・デル・メール走査を用いて提示する。分析は、ビーム効果補正とフィッティング手順の改善により、合成されたランプシティ不確かさ2.5%を達成し、非弾性ハドロン断面積を7.67 ± 0.25 bとして測定した。これは、グルーバー・モデルの予測と整合的である。

ABSTRACT

Luminosity determination within the ALICE experiment is based on the measurement, in van der Meer scans, of the cross sections for visible processes involving one or more detectors (visible cross sections). In 2015 and 2018, the Large Hadron Collider provided Pb–Pb collisions at a centre-of-mass energy per nucleon pair of √s$_{NN}$ = 5.02 TeV. Two visible cross sections, associated with particle detection in the Zero Degree Calorimeter (ZDC) and in the V0 detector, were measured in a van der Meer scan.This article describes the experimental set-up and the analysis procedure, and presents the measurement results. The analysis involves a comprehensive study of beam-related effects and an improved fitting procedure, compared to previous ALICE studies, for the extraction of the visible cross section. The resulting uncertainty of both the ZDC-based and the V0-based luminosity measurement for the full sample is 2.5%. The inelastic cross section for hadronic interactions in Pb–Pb collisions at √s$_{NN}$ = 5.02 TeV, obtained by efficiency correction of the V0-based visible cross section, was measured to be 7.67 ± 0.25 b, in agreement with predictions using the Glauber model.

研究の動機と目的

• √sNN = 5.02 TeVにおけるPb–Pb衝突の高精度なランプシティ測定を目的とする。
• ヴァン・デル・メール走査中にZDCおよびV0検出器を用いて可視断面積を測定する。
• 従来のALICE研究と比較して、ビーム効果のモデル化とフィッティング手順の改善により、系統的不確かさを低減する。
• V0に基づく可視断面積の効率補正を通じて、非弾性ハドロン断面積を抽出する。
• 結果をグルーバー・モデルの予測と照合して検証する。

提案手法

• 横方向のビーム分離を用いたヴァン・デル・メール走査を実施し、ビームのずれ関数として可視断面積を測定する。
• ZDCおよびV0検出器を用いて、ランプシティ校正のための独立した可視断面積を測定する。
• レート対ビーム分離データから有効ビーム幅（hx0, hy0）を抽出するための洗練されたフィッティング手順を適用する。
• ビーム非均一性、ビームガス相互作用、ビームプロファイルの非因数分解効果などのビーム関連効果を補正する。
• 長さスケールキャリブレーション走査を用いて、名目上のビームずれを実際の物理的ずれに変換する。
• V0に基づく可視断面積と、データ駆動型のハドロン効率推定値（εhad）を組み合わせることで、非弾性ハドロン断面積を決定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ZDCおよびV0検出器を用いたヴァン・デル・メール走査を用いて、√sNN = 5.02 TeVにおけるPb–Pb衝突の正確なランプシティは何か？
• RQ2 ビーム関連効果およびビームプロファイルの非因数分解は、Pb–Pb衝突におけるランプシティ不確かさにどのように影響するか？
• RQ3 √sNN = 5.02 TeVにおけるPb–Pb衝突の非弾性ハドロン断面積は何か？また、グルーバー・モデルの予測と比較するとどうなるか？
• RQ4 改善されたフィッティングおよび補正手順は、ランプシティ測定における系統的不確かさをどの程度低減するか？
• RQ5 二つの独立した可視プロセス（ZDCおよびV0）から得られるランプシティ測定値は、どの程度一貫性があるか？

主な発見

• 全Pb–Pbサンプルにおけるランプシティ不確かさは、ビーム効果のモデル化の改善とフィッティング手順の向上により2.5%に達成された。
• √sNN = 5.02 TeVにおけるPb–Pb衝突の非弾性ハドロン断面積は、7.67 ± 0.25 bとして測定された。
• 測定された非弾性断面積は、グルーバー・モデルの予測と一致している。
• ZDCベースおよびV0ベースの可視断面積の両方が、一貫した不確かさレベルでランプシティ決定に寄与している。
• ビームプロファイルの非因数分解効果が定量的に評価され、不確かさの低減に寄与した。
• V0検出器におけるハドロンイベントのデータ駆動型効率推定値により、シミュレーションに依存せずに非弾性断面積の信頼性の高い抽出が可能になった。