[論文レビュー] Correlations between D and $\bar{D}$ mesons produced in 500 GeV/c $π^-$-nucleon interactions

E. M. Aitala|arXiv (Cornell University)|Sep 28, 1998

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、フェルミラブのE791実験から得たデータを用いて、500 GeV/cのπ⁻-核子衝突におけるDおよびD̄中間子の相関を調査した。アズィムウス角の相関が顕著に観測され、縦運動量の相関はわずかであった。データとPythia/Jetsetのシミュレーション、および次-leading-order QCD計算の間に著しい不一致が認められ、理論的記述の改善のため、モデルパラメータのチューニングや高次の補正項の導入が求められることが示唆された。

ABSTRACT

We present a study of correlations between D and $\bar{D}$ mesons produced in 500 GeV/$c$ $π^-$-nucleon interactions, based on data from experiment E791 at Fermilab. We have fully reconstructed $791 \pm 44$ charm meson pairs to study correlations between the transverse and longitudinal momenta of the two D mesons and the relative production rates for different types of D meson pairs. We see slight correlations between the longitudinal momenta of the D and the $\bar D$, and significant correlations between the azimuthal angle of the D and the $\bar D$. The experimental distributions are compared to a next-to-leading-order QCD calculation and to predictions of the {\sc Pythia/Jetset} Monte Carlo event generator. We observe less correlation between transverse momenta and different correlations between longitudinal momenta than these models predict for the default values of the model parameters. Better agreement between data and theory might be achieved by tuning the model parameters or by adding higher order perturbative terms, thus contributing to a better understanding of charm production. The relative production rates for the four sets of charm pairs, $D^0\bar{D}^{0}$, $D^0D^-$, $D^+\bar{D}^{0}$, $D^+D^-$, as calculated in the {\sc Pythia/Jetset} event generator with the default parameters, agree with data as far as the relative ordering, but predict too many $D^+\bar{D}^{0}$ pairs and too few $D^+D^-$ pairs.

研究の動機と目的

• 高エネルギーのπ⁻-核子衝突におけるDおよびD̄中間子の横運動量および縦運動量の相関を測定すること。
• 異なるD中間子ペア（D⁰D̄⁰、D⁰D⁻、D⁺D̄⁰、D⁺D⁻）の相対生成率を理論的予測と比較すること。
• 次-leading-order QCD計算およびPythia/Jetsetモンテカルロシミュレーションがcharm中間子生成を記述する有効性を検証すること。
• データとモデルとの間に生じる不一致が、モデルパラメータのチューニングや高次の摂動的QCD効果の組み込みを必要とする可能性を特定すること。

提案手法

• フェルミラブのE791検出器を用いて、500 GeV/cのπ⁻-核子衝突から完全に再構成された791 ± 44組のD-D̄中間子ペア。
• DおよびD̄中間子間の横運動量、縦運動量、およびアズィムウス角における相関を分析。
• 実験的分布を次-leading-order QCD計算およびPythia/Jetsetモンテカルロイベントジェネレータの予測と比較。
• 4種類のD中間子ペアタイプの相対生成率を評価するための統計的解析を実施。
• モデルとデータの整合性を評価するため、パラメータチューニングのシミュレーションを実施。
• 一貫性のある比較のため、スタイル修正およびDOIが修正されたバージョン(v2)の論文を公表済みとして使用。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 500 GeV/cのπ⁻-核子衝突において生成されたDおよびD̄中間子の横運動量間に測定可能な相関が存在するか？
• RQ2 DおよびD̄中間子間の縦運動量相関は、次-leading-order QCD計算の予測とどのように比較されるか？
• RQ3 Pythia/Jetsetモンテカルロシミュレーションは、異なるD中間子ペアタイプの相対生成率をどの程度正確に再現しているか？
• RQ4 観測されたDおよびD̄中間子間のアズィムウス角相関は、理論的モデル予測から著しく逸脱しているか？
• RQ5 パラメータチューニングや高次の摂動的QCD補正項の導入により、データとモデルの整合性を向上させられるか？

主な発見

• DおよびD̄中間子のアズィムウス角間に顕著な相関が観測され、生成時の角度分布が非ランダムであることが示された。
• DおよびD̄中間子の縦運動量間にわずかな相関が認められたが、デフォルトのPythia/Jetset設定の予測よりも弱かった。
• Pythia/Jetsetジェネレータは、測定された相対生成率と比較して、D⁺D̄⁰ペアを多めに予測し、D⁺D⁻ペアを少なめに予測していた。
• データでは、Pythia/Jetsetおよび次-leading-order QCD計算の予測よりも、DおよびD̄中間子間の横運動量相関が弱く観測された。
• データとモデルとの不一致は、モデルパラメータのチューニングや高次の摂動的QCD寄与項の導入が必要である可能性を示唆した。
• 結果は、ハドロン的相互作用におけるcharm quark生成の現在の理論枠組みが、実験的観測に適合させるために見直しが必要であることを示唆している。