[論文レビュー] Effects of Overlapping Strings in pp Collisions

Christian Bierlich, Gösta Gustafson+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 19, 2014

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 2被引用数 24

ひとこと要約

本稿では、DIPSY イベントジェネレータにおける修正されたストリングハドロン化モデルを提案し、pp 衝突における重複ストリングが高色多重性構造（「色ロープ」）に結合するか、シングレットに再結合することで、バリオンおよびストレンジネスの生成を強化する。このモデルは、特にストレンジバリオンおよびカイオンに関して、LHC の最小バイアスデータとの整合性を向上させ、高エネルギーでの pp 衝突においてもロープ効果が観測された増幅効果に寄与している可能性を示唆している。

ABSTRACT

In models for hadron collisions based on string hadronization, the strings are usually treated as independent, allowing no interaction between the confined colour fields. In studies of nucleus collisions it has been suggested that strings close in space can fuse to form "colour ropes". Such ropes are expected to give more strange particles and baryons, which also has been suggested as a signal for plasma formation. Overlapping strings can also be expected in pp collisions, where usually no phase transition is expected. In particular at the high LHC energies the expected density of strings is quite high. To investigate possible effects of rope formation, we present a model in which strings are allowed to combine into higher multiplets, giving rise to increased production of baryons and strangeness, or recombine into singlet structures and vanish. Also a crude model for strings recombining into junction structures is considered, again giving rise to increased baryon production. The models are implemented in the DIPSY MC event generator, using PYTHIA 8 for hadronization, and comparison to pp minimum bias data, reveals improvement in the description of identified particle spectra.

研究の動機と目的

• LHC エネルギーにおける pp 衝突における重複ストリングの影響を調査し、高密度ストリング状態がロープ形成に至る可能性を検討する。
• 標準モデルが再現できない、pp データにおけるストレンジ粒子およびバリオンの増幅を説明する。
• ストリング相互作用を横断的座標空間で定式化し、ロープ形成および再結合効果をモデル化する。
• ロープ効果がクォーカー・グルーオンプラズマ相に依存しない粒子スペクトルの乖離を説明できるかを検証する。
• ロープダイナミクスを組み込んだ DIPSY イベントジェネレータを改良し、ATLAS および CMS の最小バイアスデータと比較する。

提案手法

• DIPSY における Lund ダイポールカスケードモデルを、非主要対数および飽和効果を含む横断的座標空間におけるストリングダイナミクスの記述に適応する。
• ストリングが高色多重性状態（例：3 または 4 クォーカー系）に結合するメカニズムを導入し、バリオンおよびストレンジネスの生成を増加させる。
• 色シングレット状態へのストリング再結合をモデル化し、ストリングが消滅して多重度が低下するのを許容する。
• 再結合するストリングにおける接合点形成の簡略化モデルを組み込み、さらにバリオン生成を強化する。
• ハドロン化には PYTHIA 8 を使用し、ロープモデルを標準的フラグメンテーションプロセスの修正として実装する。
• 900 GeV および 7 TeV の pp 最小バイアスデータ（ATLAS）を用いてモデルをチューニングし、粒子スペクトルおよび多重度分布に注目する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHC エネルギーにおける pp 衝突における重複ストリング効果が、観測されたストレンジバリオンおよびカイオンの増幅を説明できるか？
• RQ2 ロープ形成およびストリング再結合が、pp 衝突における識別粒子スペクトルの記述をどの程度改善するか？
• RQ3 ロープ効果は、標準的独立ストリングモデルと比較して、バリオンおよびストレンジ粒子の生成にどのように影響を与えるか？
• RQ4 高エネルギーでの pp 衝突における粒子比の増幅は、プラズマ形成ではなくストリング干渉に起因するものと整合的か？
• RQ5 ストリング相互作用の横断的座標空間定式化は、高多重度 pp イベントの記述をより良くすることができるか？

主な発見

• DIPSY にロープ形成を組み込むことで、900 GeV および 7 TeV における荷電粒子の擬似ラプティチュード分布の記述が向上した。
• 特に低 pT における荷電粒子の横方向運動量分布についても、データと良好な一致を示した。
• 異なる荷電粒子多重度のイベントにおける平均横方向運動量が、良好に再現されており、運動論的記述の改善が示された。
• ストレンジバリオンおよびカイオンの生成が明確に強化され、LHC の pp データで観測された増幅と一致した。
• 特にストレンジネスおよびバリオン生成メカニズムに敏感な粒子比 K0s/Λ において、改善が顕著に見られた。
• 結果から、LHC エネルギーにおける pp 衝突におけるストレンジ粒子の増幅は、相転移ではなくロープ効果に起因している可能性が示唆された。