[論文レビュー] Measurement of antiproton production from antihyperon decays in ${p} extrm{He}$ collisions at $\sqrt{sNN}$=110 GeV

The LHCb collaboration, Aaij, R.+1014 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、LHCb実験を用いて、√sNN = 110 GeV の pHe 衝突において、反超子崩壊からの反陽子の割合とプロンプト反陽子の割合を測定している。反超子寄与、特にΛ → pπ⁺ 崩壊からの寄与が、現在のハドロン的モデルの予測をはるかに上回っており、宇宙線の二次的生成モデルに挑戦する結果となった。

ABSTRACT

The interpretation of cosmic antiproton flux measurements from space-borne experiments is currently limited by the knowledge of the antiproton production cross-section in collisions between primary cosmic rays and the interstellar medium. Using collisions of protons with an energy of 6.5 TeV incident on helium nuclei at rest in the proximity of the interaction region of the LHCb experiment, the ratio of antiprotons originating from antihyperon decays to prompt production is measured for antiproton momenta between 12 and 110 GeV/c. The dominant antihyperon contribution, namely $\barΛ o \bar{p} π^+$ decays from promptly produced $\barΛ$ particles, is also exclusively measured. The results complement the measurement of prompt antiproton production obtained from the same data sample. At the energy scale of this measurement, the antihyperon contributions to antiproton production are observed to be significantly larger than predictions of commonly used hadronic production models.

研究の動機と目的

• √sNN = 110 GeV の pHe 衝突における、反超子崩壊に起因する反陽子とプロンプト反陽子の比を測定すること。
• 即座に生成されたΛ粒子からのΛ → pπ⁺ 崩壊が、全反陽子生成に与える寄与を特定すること。
• 頂点ずれと粒子識別を用いた二つの独立した解析手法の整合性を、RΛ/RH 双重比を用いて検証すること。
• 理論的予測の信頼性を、宇宙線スパラレーションにおける反陽子生成の理論と比較することで評価すること。
• 特に10–100 GeV のエネルギー領域における、宇宙線伝搬における二次的反陽子フラックスのモデル化を改善すること。

提案手法

• プロトンビームが静止したヘリウムガス標的に衝突する固定標的モードでLHCb検出器を運用し、√sNN = 110 GeV を達成した。
• 一次衝突頂点と二次的崩壊頂点の間の頂点ずれを用いて、反超子崩壊に起因する分離された反陽子を同定した。
• 二つのRICH検出器とSPDを用い、運動量とチェレンコフ角に基づいて反陽子を他のハドロンから識別した。
• インパクトパラメータ（IP）を用いて、一次衝突頂点（PV）に近いプロンプト反陽子と、PVから離れた分離された反陽子を分離し、分離反陽子の包括的測定を可能にした。
• 既存のLHCb解析[8]からのプロンプト反陽子断面積を新測定と組み合わせ、RΛおよびRH比を抽出した。
• 統計的モデルとハドロン的イベントジェネレータの予測と比較することで、RΛ/RH と予測の整合性を検証し、モデルの欠陥を特定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √sNN = 110 GeV の pHe 衝突における、反超子崩壊に起因する反陽子とプロンプト反陽子の比は何か？
• RQ2 Λ → pπ⁺ 崩壊の寄与は、現在のハドロン的生成モデルの予測と比べてどうか？
• RQ3 二つの独立した解析手法（頂点ずれとPIDに基づく分離）が、RΛ/RH 双重比についてどの程度一致するか？
• RQ4 反超子崩壊に起因する測定された反陽子生成は、統計的モデルに基づく理論的期待値と整合的か？
• RQ5 反超子寄与は、宇宙線伝搬における二次的反陽子フラックスのモデル化において、どの程度の重要性を有するか？

主な発見

• 反超子崩壊に起因する反陽子の割合を表すRH比は、12から110 GeV/cの12個の運動量および横方向運動量ビンで測定された。
• 特にΛ → pπ⁺ 崩壊に起因するRΛ比は、高エネルギー領域で顕著な増大を示し、運動量ビン全体で0.27から0.43の範囲にわたっていた。
• 最高の運動量ビン（50.5–110.0 GeV/c）では、RΛは0.244 ± 0.010（非相関誤差）± 0.012（相関誤差）として測定され、Λ崩壊からの寄与が無視できないことが示された。
• RΛ/RH 双重比は、両解析手法で一貫しており、測定手法の堅牢性が裏付けられた。
• 測定された反超子寄与は、一般的に用いられるハドロン的モデルの予測をはるかに上回っており、特に√sNN > 100 GeV の領域で顕著であった。
• charmおよびbeautyハドロンの崩壊寄与は無視できるほど小さく、プロンプト反陽子生成に比べて3桁小さいと推定された。