[論文レビュー] Long-range multiplicity correlations in proton-proton collisions

Adam Bzdak|arXiv (Cornell University)|Jun 16, 2009

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、陽子-陽子衝突におけるソフト粒子生成の二源モデルを提案する。左方向および右方向に運動する損傷を受ける核子が独立して粒子を生成し、後方半空間への寄与も顕著である。このモデルは、$√s = 200$ GeVにおけるUA5 $p\bar{p}$ 衝突の前向き-後向き多重度相関データを良好に再現するが、単一源モデルでは失敗する。これにより、長距離相関が損傷を受ける核子による非対称な粒子放出に起因することが示された。

ABSTRACT

The forward-backward long-range multiplicity correlations in proton-proton collisions are investigated in the model with two independent sources of particles: one left- and one right-moving wounded nucleon. A good agreement with the UA5 collaboration proton-antiproton data at the c.m. energy of 200 GeV is observed. For comparison the model with only one source of particles is also discussed.

研究の動機と目的

• pp衝突における長距離前向き-後向き多重度相関を、粒子生成の二源モデルによって説明すること。
• UA5 $p\bar{p}$ 衝突データ（$√s = 200$ GeV）で観測された相関が、独立して左・右に運動する損傷を受ける核子からの粒子放出によって説明可能かどうかを検証すること。
• 一源モデル（両核子をカバーする一本のストリング）と比較し、実験データとの整合性を評価すること。
• 関数的関係 $\langle n_B \rangle|_{n_F}$、すなわち前向き多重度 $n_F$ を与えたときの平均後方多重度を調べ、線形性または非線形性を評価すること。
• モデルの予測が、損傷核子の断片化関数パラメータの不確実性にどれほど敏感であるかを特定すること。

提案手法

• 前向き（F）および後向き（B）の力学的速さ領域における粒子多重度の連合確率分布を記述するための連合生成関数 $H(z_B, z_F)$ を構築する。
• 生成関数 $H$ の $z_B = z_F = 1$ における微分を用いて、相関係数 $b$ および条件付き平均 $\langle n_B \rangle|_{n_F}$ の解析的表現を導出する。
• 200 GeVにおけるPHOBOS $d$-$Au$ データから抽出された損傷核子断片化関数を用いる。この関数は強い前向きピークと顕著な後方半空間への供給を示す。
• 二源モデルをUA5 $p\bar{p}$ 衝突の前向き-後向き相関データに適用し、測定された相関強度と関数的依存関係に一致するよう、パラメータ $k$、$\bar{n}$、$p$ をフィッティングする。
• 左・右の核子からの独立した放出がない一源モデルと比較する。同じ断片化関数を用いるが、左・右核子からの独立した放出を含めない。
• パラメータ $k$（多重度揺らぎに関連）を実験誤差範囲内で変化させ、不確実性を定量化する。これにより、プロット上のバンドを不確実性を反映させる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 200 GeVにおけるpp衝突における長距離前向き-後向き多重度相関は、損傷を受ける核子からの二つの独立した粒子生成源によって説明可能か？
• RQ2 二源モデルは、力学的速さ領域間隔の分離が大きくなるに従い、相関係数 $b$ がどのように変化するかを正しく再現するか？
• RQ3 モデルは関数的依存関係 $\langle n_B \rangle|_{n_F}$ をどれほどよく記述するか？非線形性の兆候は予測されるか？
• RQ4 粒子が一つの中央源から生成される一源モデルは、UA5データと整合性を持つか？
• RQ5 モデルの予測は、特に $k$ に代表される断片化関数パラメータの不確実性にどれほど敏感か？

主な発見

• 左・右に運動する損傷を受ける核子からの独立した放出を含む二源モデルは、$√s = 200$ GeVにおけるUA5 $p\bar{p}$ 衝突の前向き-後向き相関データと良好に一致する。
• 相関係数 $b$ もモデルが正しく再現しており、力学的速さ領域間隔の分離が大きくなるに従い線形に抑制される傾向を示しており、これは反対半空間への粒子生成の抑制に起因する。
• 関数的関係 $\langle n_B \rangle|_{n_F}$ はモデルでよく記述されており、線形性からのわずかな非線形性のずれが予測されており、これは現在の実験的精度内に収まっている。
• 一源モデルは明確にデータと食い違う。特に、間隔分離に応じた $b$ の傾向を正しく再現できない。
• フィッティングから得られたモデルパラメータ（$\bar{n} \approx 17.4$、$k \approx 3.7 \pm 0.3$、$p \approx 0.7$）は、複数の力学的速さ領域で実験データと整合的である。
• 関数的フィットにおける二次項は負であり（$n_F < 40$ の場合 $c \approx -0.0045$）、これは量子統計的アプローチと定性的に整合する曲率を示している。