[論文レビュー] Measurement of hadron composition in charged jets from pp collisions with the ALICE experiment

Benjamin Andreas Heß|arXiv (Cornell University)|Aug 25, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、LHCのALICE実験を用いて、√s = 7 TeVのpp衝突におけるジェット内での識別された荷電ハドロンの組成の最初の測定を提示する。TPCにおけるdE/dxを用いた高度な粒子識別（TPC Coherent Fit手法を用いて）により、ジェット内でのパイオン、カイオン、陽子のスペクトルおよび比が抽出され、z^chの増加に伴い奇素粒子分率が上昇し、高エネルギー分率領域でバリオンの抑制が観測された。PYTHIAチューニングは低pTおよび低pT,jet領域でずれを示した。

ABSTRACT

We report on the first measurement of the charged hadron composition in charged jets from pp collisions. The ALICE detector at the LHC was used to study charged pion, kaon and (anti-)proton production in jets. The results were extracted from $2 imes 10^8$ minimum bias events at a centre-of-mass energy of $\sqrt{s} = 7$ TeV. We present the transverse momentum ($p_{\mathrm{T}}$) spectra and reduced momentum spectra ($z^{\mathrm{ch}} \equiv p_{\mathrm{T}}^{\mathrm{track}} / p_{\mathrm{T, jet}}^{\mathrm{ch}}$) of $π$, K and p in charged jets with $p_{\mathrm{T, jet}}^{\mathrm{ch}}$ between 5 and 20 GeV/$c$. The measurements are compared to Monte Carlo calculations.

研究の動機と目的

• √s = 7 TeVにおけるpp衝突からのジェット内での荷電ハドロン（パイオン、カイオン、陽子）の組成を測定すること。
• ジェット内での識別されたハドロンのフラグメンテーションパターンが、横運動量（pT）および運動量分率（z^ch）の関数としてどのように変化するかを調査すること。
• モンテカルロイベントジェネレータ（PYTHIA）の性能を、識別された粒子を用いたジェットフラグメンテーションを記述する上で検証すること。
• 高多重度ジェット環境における粒子識別に及ぼす検出器効果および系arness的不確実性の影響を評価すること。

提案手法

• 分析には、ALICE検出器が記録した√s = 7 TeVにおける2×10^8件の最小バイアスppイベントが使用された。
• pT > 0.15 GeV/cおよび|η| < 0.9を満たす荷電粒子トラックは、ITSおよびTPCを用いて再構築された。
• ジェットは反-kTアルゴリズム（R = 0.4）を用いて再構築され、|η_jet| < 0.5に制限された。
• 粒子識別は、TPCにおけるdE/dx測定（分解能 ~5%）を用いて行われた。
• TPC Coherent Fit手法を用いて、pTおよびz^chに応じてπ、K、pの原始yieldを微分的に抽出した。これは、粒子分率に正則化を施した2次元尤度最大化手法を用いた。
• 検出器効率、受容領域、運動量分解能、およびミューオン汚染（パイオンに起因）の補正を体系的に行った。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 パイオン、カイオン、陽子の相対的yieldが、荷電ジェット内での横運動量（pT）および運動量分率（z^ch）にどのように依存するか？
• RQ2 ジェットの横運動量（pT,jet）が、識別されたハドロンのフラグメンテーションパターンに及ぼす影響はどの程度か？
• RQ3 PYTHIAチューニング（Perugia0、Perugia0NoCR、Perugia2011）は、ジェット内での測定されたハドロンスペクトルおよび比をどの程度正確に記述できるか？
• RQ4 ジェット内での奇素粒子（K/π比）およびバリオン（p/π比）分率は、z^chの関数としてどのように変化するか？
• RQ5 高多重度ジェット環境における粒子識別およびyield抽出に影響を与える主要な系arness的不確実性は何か？

主な発見

• K/π比はz^chの増加に伴い単調に上昇し、高z^ch領域で0.5–0.6に達し、ジェット断片内での奇素粒子分率の上昇を示している。
• p/π比はz^ch ≈ 0.5–0.6でピークを示し、最大で0.15–0.2に達し、z^ch = 1に近づくに従い減少する。これは、リーディングバリオンの抑制を示している。
• z^ch > 0.2の領域では、K/π比が異なるpT,jetチャンネルでスケーリングしており、pT,jet = 10–15および15–20 GeV/cの領域ではp/π比もスケーリングしている。
• PYTHIA Perugia0、Perugia0NoCR、Perugia2011チューニングは、ほとんどのpTおよびpT,jet領域でデータを約30%以内に再現しているが、pT < 0.5 GeV/c領域の陽子では100%を超えるずれを示した。
• pT ≈ 2 GeV/cにおける陽子スペクトルの最大値は、すべてのチューニングでよく再現されているが、幅および高pT領域の傾きは正確に再現されていない。
• 低pT,jetおよび低pTパイオン・陽子領域において、データとPYTHIAとの間に矛盾が観測され、現在のフラグメンテーションモデルの限界が示された。