[論文レビュー] Charmonium production in pp collisions with ALICE at the LHC

L. Altenkamper|arXiv (Cornell University)|Jan 7, 2019

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、√s = 13 TeVにおけるpp衝突における前向きラピディティ領域における包含的J/ψおよびψ(2S)生成断面積、ならびに中間ラピディティ領域における包含的J/ψ偏光およびJ/ψ–ハドロン相関データを、ALICEが新たに測定した結果を提示する。断面積に関しては、NRQCDおよびFONLLモデルの予測と妥当な一致を示すが、偏光データは非ゼロではあるが小さな値を支持し、J/ψ–ハドロン相関は近接側ピークの支配的寄与が非プロンプト由来であることを示唆しており、現在のモデルがすべての観測量を同時に記述することに課題を突きつける。

ABSTRACT

Charmonia, bound states of charm and anti-charm quarks, represent an interesting probe for the study of Quantum Chromodynamics (QCD) since their production involves both hard and soft energy scales. Several effective models are available to describe the production of charmonia, but so far none have been able to describe all experimental observables simultaneously. ALICE has studied the production of charmonia in different collision systems at all available LHC energies at both mid- and forward-rapidity down to zero transverse momentum. In this contribution, different measurements performed in proton--proton (pp) collisions are presented, namely $p_{ ext{T}}$-differential cross sections of inclusive J/$\psi$ and $\psi(2 ext{S})$, inclusive J/$\psi$ polarization measurements and the latest results on correlations between inclusive J/$\psi$ and unidentified charged hadrons. The results are also compared to model predictions.

研究の動機と目的

• LHCエネルギーにおけるpp衝突における包含的チアモンウム生成断面積を測定し、QCDに基づくモデルの検証を目的とする。
• 前向きラピディティ領域における偏光測定を通じて、プロンプトチアモンウム生成メカニズムを制約する。
• 近接側ピークの起源を解明するため、包含的J/ψと未同定の荷電ハドロンとの相関を調査する。
• NRQCD、CSM、CEM、PYTHIA 8などの理論モデルと実験結果を照合し、観測量全体にわたる一貫性を確認する。

提案手法

• 中央バーレル領域の電子対（di-electron）および前向きラピディティ領域のミューオン対（di-muon）の最終状態を用いて、J/ψおよびψ(2S)を再構築する。
• TPCおよびITSを用いてトラッキングおよび電子同定を実施；ミューオンスペンダーやRPCを用いてミューオンの再構築およびトリガを実施。
• レプトン対からのチアモンウム信号を抽出するために、不変質量再構築を適用する。
• コリンズ＝ソーパー座標系およびヘリシティ座標系におけるミューオン対生成物の角度分布を用いて偏光を測定する。
• 検出器効率補正を今後の作業で実施する予定の、∆ϕ関数としてのトリガごとの原始的当量を用いてJ/ψ–ハドロン相関を解析する。
• NRQCD（高運動量領域ではCGCを含む）、非プロンプト成分に対してFONLL、およびプロンプト／非プロンプト成分を別々に扱うPYTHIA 8を用いて、データとモデルの予測を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NRQCDおよびFONLLモデルは、√s = 13 TeVにおけるpp衝突における包含的J/ψおよびψ(2S)断面積をどの程度うまく記述できるか？
• RQ2 前向きラピディティ領域における包含的J/ψの偏光状態は何か？ これはプロンプトJ/ψ生成モデルの制約にどのように寄与するか？
• RQ3 J/ψ–ハドロン相関における近接側ピークを駆動するのは何か？ それはプロンプト由来か、非プロンプト由来か？
• RQ4 PYTHIA 8は観測されたJ/ψ–ハドロン相関構造、特に離反側ピークの希釈を再現できるか？
• RQ5 なぜ現在の有効モデルは、すべてのチアモンウム観測量を同時に記述できないのか？

主な発見

• √s = 13 TeVにおける前向きラピディティ領域のpp衝突における包含的J/ψおよびψ(2S)断面積は、それぞれプロンプトおよび非プロンプト寄与を想定したNRQCD（CGCを含む）とFONLLモデルの合算予測と、妥当な一致を示している。
• √s = 8 TeVにおける包含的J/ψの偏光は、偏光なしと整合的であり、プロンプトJ/ψのCSMおよびNRQCD予測の間にある。これは、理論的モデリングの精緻化が求められることを示唆している。
• √s = 13 TeVにおけるpp衝突のミッドラピディティ領域で観測されたJ/ψ–ハドロン相関には、近接側ピークが存在するが、|∆η| < 0.2の厳しい制限により、離反側ピークは希釈されている。
• PYTHIA 8との比較から、近接側相関は主に非プロンプトJ/ψ寄与によって駆動されていることが示され、Bハドロンの崩壊生成物やフラグメンテーション寄与の可能性が示唆される。
• データは、現在のモデルが断面積、偏光、相関観測量を同時に記述することに困難を抱えていることを示しており、より洗練された理論フレームワークの必要性を強調している。
• 予備的な結果では、今後のプロンプトJ/ψ–ハドロン相関測定が、モデル予測の制約をさらに強化できる可能性がある。