[論文レビュー] Inclusive distributions in p-p collisions at LHC energies compared with an adjusted DPMJET-III model with chain fusion

F. W. Bopp, J. Ranft|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2012

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 1被引用数 2

ひとこと要約

本稿では、LHCエネルギーにおけるp-p衝突における包含的粒子分布をよりよく記述するため、DPMJET-IIIモデル（DPMJET-III-2011）にエネルギー依存の補正を導入する。PYTHIAの断片化パラメータ（PARJ(41)およびPARJ(42)）を中心系エネルギー関数として修正することで、チャージドハドロンおよびストレンジハドロンの多重度および迅速度分布について、ALICEおよびCMSのデータと改善された一致を達成したが、横方向運動量分布およびΞハイポトンの生成率については依然として問題が残っている。

ABSTRACT

A DPMJET-III model (DPMJET-III-2011) with chain fusion adjusted to include energy.dependent parameters is used to calculate inclusive distributions in p-p collisions at LHC energies. Presented are charged hadrons rapidity distributions, transverse momentum distributions, multiplicity distributions as well as multiplicities at mid-rapidity as function of the collision energy. For hadrons with strangeness we present cms-rapidity distributions and transverse momentum distributions. With the considered merely energy-dependent adjustments the obtained agreement with the transversal \Lambda and \Xi distribution is not satisfactory.

研究の動機と目的

• LHCエネルギーにおけるp-p衝突における包含的粒子生成の記述を、元のバージョンがエネルギーに伴う多重度の増加を過小評価していたことから、改善すること。
• 特に中央部および高多重度イベントにおいて、DPMJET-IIIに衝突スケーリングの欠如が見られる高エネルギー領域に対処すること。
• ALICEおよびCMSが√s = 7–14 TeVで測定した粒子多重度および迅速度分布のエネルギー依存性を再現できないDPMJET-IIIの欠陥を是正すること。
• 現在のDPMJET-IIIフレームワークの限界、特にΛおよびΞハイポトンを含むストレンジハドロン生成のモデル化における問題点を評価すること。
• 根本的な改善のための出発点として、エネルギー依存の断片化パラメータを用いた一時的で経験的チューニングの解決策を提案すること。

提案手法

• PYTHIA断片化パラメータPARJ(41)およびPARJ(42)にエネルギー依存の補正を導入し、これはストリング断片の多重度および横方向運動量分布を制御する。
• 3から14 TeVのエネルギー範囲で、PARJ(41)およびPARJ(42)に対して区分的線形関数を定義し、ALICEおよびCMSの多重度および迅速度分布データに一致するようにキャリブレーションした。
• 元のDPMJET-III構造（複数散乱およびストリング融合のためのアイケノーラ形式を含む）を維持したが、下位の力学を変更せずに断片化パラメータのみを調整した。
• 中央衝突における粒子密度の低下を考慮するため、以前のDPMJET-IIIバージョンからのチェーン融合メカニズムを採用した。
• ストリング崩壊にはPYTHIA 6.412をそのまま使用し、断片化パラメータのみをエネルギー依存の挙動を反映させるように変更した。
• ALICEのチャージドハドロン多重度データ（√s = 900および2360 GeV）およびCMSのK0s、ΛおよびΞ−生成データ（√s = 7 TeV）との整合性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHC p-p衝突において観測された中心系エネルギーに伴う粒子多重度の、予測よりも速い上昇を、DPMJET-IIIモデルが再現できるか。
• RQ2 PYTHIA断片化パラメータ（PARJ(41)、PARJ(42)）のエネルギー依存チューニングが、迅速度および多重度分布におけるLHCデータとの一致をどの程度改善できるか。
• RQ3 迅速度スペクトルでは良好な一致を示すにもかかわらず、なぜΛハイポトンの横方向運動量分布（特に1 GeV以上）が不正確であるのか。
• RQ4 Λ生成がよく再現されているにもかかわらず、なぜ中間迅速度におけるΞハイポトン生成率がCMS測定値の3倍を超えて過大評価されているのか。
• RQ5 現在の経験的パラメータチューニングのアプローチは十分か、それともDPMJET-IIIフレームワークに根本的な欠陥が存在し、より深い理論的再考を要するのか。

主な発見

• PARJ(41)およびPARJ(42)のエネルギー依存補正により、中心系エネルギーに伴うチャージドハドロン多重度の上昇が観測値と一致し、√s = 900および2360 GeVにおけるALICEデータと整合した。
• DPMJET-III-2011モデルは、LHCエネルギー範囲全域でK0sおよびΛハイポトンの迅速度分布についてCMSデータと良好な一致を示した。
• 迅速度スペクトルでは良好な一致を示すにもかかわらず、Λハイポトンの横方向運動量分布は1 GeV以上で過小評価されており、pT記述における継続的な問題を示している。
• Λ生成が正確に再現されているにもかかわらず、中間迅速度におけるΞハイポトン生成率はCMS測定値の約3倍過大評価されている。
• ストレンジハドロンの迅速度および横方向運動量分布を同時に再現できないという事実は、現在のモデルにおけるハイポトン生成メカニズムの記述に根本的な不一致があることを示唆している。
• 著者らは、エネルギー依存パラメータチューニングが一時的な解決策にすぎず、長期的な正確性を達成するには、内在的なエネルギー依存ダイナミクスを持つ新しいモデルバージョンの開発が必要であると結論づけた。