[論文レビュー] Central Exclusive Production at LHCb

R. McNulty|arXiv (Cornell University)|Nov 23, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 15被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、LHCbが√s = 7および8 TeVにおけるチャームニューオンおよびボトムニューオンの中央排他的生成（CEP）の最初の測定を報告する。これは、急速性ギャップと低多重度を特徴とする二ミュオン最終状態を用いたものである。J/ψ、ψ(2S)、およびΥ状態の排他的断面積が報告されており、J/ψ J/ψ対生成は58 ± 10 pbで観測され、二重ポメロン交換と整合的であり、低xにおけるグルーオンPDFの制約に寄与している。

ABSTRACT

Central Exclusive Production is a unique QCD process in which particles are produced via colourless propagators. Several results have been obtained at LHCb for the production of single charmonia, pairs of charmonia, and single bottomonia.

研究の動機と目的

• LHCb検出器を用いて、LHCにおけるチャームニューオンおよびボトムニューオン状態の中央排他的生成（CEP）断面積を測定すること。
• 急速性ギャップ、低電荷多重度、および排他的二ミュオン最終状態を用いてCEPイベントを同定すること。
• J/ψ、ψ(2S)、Υ(1S)、Υ(2S)、およびΥ(3S)状態の排他的断面積を抽出すること。これには、J/ψ J/ψおよびJ/ψψ(2S)対生成が含まれる。
• 結果をLOおよび近似的なNLO QCD予測、およびHERAデータと比較すること。
• CEPによるボトムニューオン生成が、低xにおけるグルーオン部分子分布関数（PDF）の制約にどのように寄与するかを評価すること。

提案手法

• LHCbのトラッキング、カリメトリー、および粒子識別を用いて、2 < η < 5の領域で、pT > 400 MeV/cの二ミュオントリガーと、全電荷多重度 < 10を満たすCEPイベントを選別した。
• 後方領域（−3.5 < η < −1.5）に配置されたシリコンストリップトラッカーを用いて急速性ギャップバイトを適用し、非排他的イベントを抑制した。
• 二ミュオン対のインバリアント質量再構成を用いて、J/ψ、ψ(2S)、およびΥ状態を同定し、質量窓を既知の値に設定した。
• 非共鳴的QED背景を指数関数でモデル化し、χcおよびχb状態からのフィードダウン寄与を推定した。
• 二つの指数関数を用いてt分布（≈ pT²）をフィットし、排他的（CEP）と非弾性陽子崩壊寄与を分離した。
• タグアンドプローブ技術を用いて検出器効率を補正し、モンテカルロシミュレーションを用いて受容性を補正した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √s = 7 TeVにおける、J/ψおよびψ(2S)メソンの中央排他的生成（CEP）断面積は何か？
• RQ2 Υ(1S)状態はどの程度排他的にCEPで生成され、予測やHERAデータと比較してどうなるか？
• RQ3 二重 charmニューオン生成（J/ψ J/ψ、J/ψψ(2S)）のCEP断面積は何か？そのうち、二重ポメロン交換と整合する割合はどの程度か？
• RQ4 急速度関数としての微分断面積は、LOおよび近似的なNLO QCD予測とどのように一致するか？
• RQ5 ボトムニューオンのCEPは、低xにおけるグルーオンPDFの制約に寄与できるか？また、実験間で光生成断面積はどのように比較できるか？

主な発見

• 2 < ημ, yJ/ψ < 4.5の運動量領域において、排他的J/ψ生成（σ(pp → pJ/ψp) × BR(J/ψ → μμ)）の全断面積は291 ± 7 ± 19 pbで測定された。
• J/ψの排他的分率は(59.2 ± 1.2)%であり、ψ(2S)では(52 ± 7)%であった。これはCEP寄与が顕著であることを示している。
• ボトムニューオンでは、Υ(1S)の排他的分率は(54 ± 11)%であり、全Υ収量のおよそ1/3がCEPであると示唆している。
• J/ψ J/ψ対生成断面積は58 ± 10 ± 6 pbで測定され、4ミュオン最終状態で37個の候補が観測された。
• J/ψ J/ψの微分断面積は、近似的なNLO予測と良好に一致しており、NLOがLOよりも明確に支持されている。
• 導出されたΥ(1S)の光生成断面積はHERAの結果と整合的であり、CEPが低xにおけるグルーオンPDFのプローブとして有効であることを支持している。