[論文レビュー] Exclusive and semi-exclusive $\pi^{+}\pi^-$ production in proton-proton collisions at $\sqrt{s} = 7$ TeV

Y. Tu, H. Li+2256 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2017

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 12被引用数 4

ひとこと要約

本論文では、LHCのCMS実験から得られた450 µb⁻¹のデータを用いて、√s = 7 TeVにおける陽子-陽子衝突における特徴的なおよび半特徴的な荷電π粒子対生成を測定した。pT > 0.2 GeV/cおよび|y| < 2の条件下で、二π粒子断面積は26.5 ± 0.3 (統計) ± 5.0 (系誤差) ± 1.1 (ランプ) µbとして測定され、DPEおよび光生産モデルと比較された。

ABSTRACT

A measurement is presented of the exclusive and semi-exclusive production of charged pion pairs in proton-proton collisions, $pp o p(p^{*}) + \pi^{+}\pi^- + p(p^{*})$ here the $\pi^{+}\pi^-$ pair is emitted at central rapidities, and the scattered protons stay intact (p) or diffractively dissociate $(p^{*})$ without detection. The measurement is performed with the CMS detector at the LHC, using a data sample corresponding to an integrated luminosity of 450 $\mu$b$^{-1}$ collected at a center-of-mass energy of 7 TeV. The dipion cross section, measured for single-pion transverse momentum $p_T &gt;$ 0.2 GeV/$c$ and rapidity $|y|

研究の動機と目的

• √s = 7 TeVにおけるpp衝突における荷電π粒子対の特徴的および半特徴的生成を測定すること。
• 中央部のπ⁺π⁻生成に及ぼす二重ポメロン交換（DPE）の寄与を調査すること。
• 高エネルギーデータと照らし合わせて、DPEおよびベクトルメソン光生産の現象論的モデルを検証すること。
• 二π粒子終状態を介してポメロン交換のダイナミクスおよびメソンスペクトルを調べること。

提案手法

• LHCのCMS検出器が、√s = 7 TeVで積算された放射線量450 µb⁻¹のデータを収集した。
• キャリブレーターまたは追加のバーテックスが検出されない、良好に再構築された2つの荷電トラックを要件とするイベント選別。
• PYTHIA 8（MBRおよび4Cチューニング）、STARlight（ρ中間子の光生産用）、DIME（DPE予測用）を用いたモンテカルロシミュレーション。
• 二π粒子の運動量の再構築：インバリアント質量、横運動量（pT）、および迅速度（y）を、二π粒子および個々のπ粒子に対して行った。
• シミュレートされたイベントサンプルを用いて、検出器の受容域および再構築効率の補正を実施した。
• 測定された微分断面積を、DPE、光生産、および共鳴状態モデルの予測と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √s = 7 TeVにおけるpp衝突における特徴的および半特徴的π⁺π⁻生成の全断面積はいかほどか？
• RQ2 二π粒子のインバリアント質量、pT、迅速度に関する微分断面積は、DPEおよび光生産モデルとどのように一致するか？
• RQ3 スカラーおよびテンソル中間子共鳴状態は、二π粒子終状態にどの程度寄与しているか？
• RQ4 高エネルギーおよび低二π粒子質量領域において、現象論的DPEモデルはデータをどの程度よく記述できるか？
• RQ5 中央部のπ⁺π⁻系において、二重ポメロン交換と光子-ポメロン融合の相対的寄与はいかほどか？

主な発見

• pT > 0.2 GeV/cおよび|y| < 2の条件下で、測定された二π粒子断面積は26.5 ± 0.3 (統計) ± 5.0 (系誤差) ± 1.1 (ランプ) µbであった。
• 二π粒子のインバリアント質量、pT、迅速度に関する微分断面積は、特にオアレア形式因子を用いたDIMEジェネレータのDPEベースモデルと良好に一致した。
• ρ(770) → π⁺π⁻の光生産寄与は小さく、STARlightシミュレーションの予想と整合的であった。
• 二光子融合による大きな寄与を想定するモデルは、予想される断面積がほとんどゼロであるため、データはそれらを否定した。
• 測定された断面積は、このエネルギー領域における特徴的および半特徴的π⁺π⁻終状態で二重ポメロン交換が支配的であることを支持した。
• 結果はポメロン構造に関する制約を与え、DPEをグルーゴラブおよびExoticメソンスペクトルスコピーツールとしての利用を支援した。