[論文レビュー] Measurement of $J/ψ$-pair production in $pp$ collisions at $\sqrt{s}=13$ TeV and study of gluon transverse-momentum dependent PDFs

LHCb Collaboration, R. Aaij+1106 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 2

ひとこと要約

本論文は、LHCbが収集した4.2 fb⁻¹のデータを用いて、√s = 13 TeVのpp衝突におけるJ/ψペア生成を通じて、非極化陽子内に存在する線形偏光状態のグルーオンの最初の実験的測定を提示する。研究では微分断面積を測定し、単一パートン散乱（SPS）と二重パートン散乱（DPS）の寄与を分離し、コリンズ＝ソーパー座標系における方位角の非対称性が数パーセントのレベルでゼロと整合的であることを確認した。これにより、グルーオンの横運動量依存部分子分布関数（TMD）に関する制約が得られた。

ABSTRACT

The production cross-section of $J/ψ$ pairs in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of $\sqrt{s}=13$ TeV is measured using a data sample corresponding to an integrated luminosity of 4.2 fb$^{-1}$ collected by the LHCb experiment. The measurement is performed with both $J/ψ$ mesons in the transverse momentum range $0

研究の動機と目的

• √s = 13 TeVにおけるpp衝突におけるJ/ψペア生成断面積の測定。
• 断面積の∆y依存性を用いて、単一パートン散乱（SPS）と二重パートン散乱（DPS）の寄与を分離する。
• 特に線形偏光グルーオン分布h⊥g₁を含む、運動量依存部分子分布関数（TMD）を調べる。
• J/ψペアのpTスペクトルおよびコリンズ＝ソーパー座標系における方位角分布を測定し、グルーオンTMDを制約する。
• DPSのための効果的断面積σeffを抽出する。これは部分子相関の研究において重要なパラメータである。

提案手法

• LHCb実験が収集した4.2 fb⁻¹の統合した放射能を用いて、√s = 13 TeVにおけるpp衝突におけるJ/ψペア生成を測定する。
• 横運動量0 < pT < 14 GeV/c、急速度2.0 < y < 4.5の範囲で、J/ψ → μ⁺μ⁻崩壊を再構築する。
• 2つのJ/ψメソン間の絶対的急速度差∆yを用いて、断面積のフィットを通じてSPSとDPSの寄与を分離する。
• コリンズ＝ソーパー座標系における1つのJ/ψの方位角角ϕCSを測定し、⟨cos 2ϕCS⟩および⟨cos 4ϕCS⟩を計算してグルーオンの偏光を調べる。
• yJ/ψ、pdi-J/ψT、およびmdi-J/ψを関数とする微分断面積を測定し、SPSおよびDPS成分を別々に扱う。
• 検出器のエネルギー分解能および効率を補正するためのアンフォールディングおよび補正技術を適用し、システムティック不確実性の推定にはモンテカルロシミュレーションを用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 指定された運動量範囲内において、√s = 13 TeVにおけるpp衝突におけるJ/ψペア生成の全断面積は何か？
• RQ2 単一パートン散乱と二重パートン散乱は、J/ψペア生成にどの程度寄与しているのか？また、断面積の∆y依存性を用いてそれらをどのように分離できるか？
• RQ3 二重パートン散乱のための効果的断面積σeffは何か？これは陽子内の部分子の空間的重なりについて何を示唆するか？
• RQ4 非極化陽子内に線形偏光グルーオンが存在する兆候として、J/ψペア生成における方位角の非対称性が観測されるか？
• RQ5 J/ψペアのpTスペクトルは急速度およびインバリアント質量にどのように依存するか？また、それらはグルーオンTMD f g₁(x, kT², µ)にどのような制約を課えるか？

主な発見

• 全J/ψペア生成断面積は16.36 ± 0.28（統計）± 0.88（システムティック）nbと測定された。
• 二重パートン散乱のための効果的断面積はσeff = 13.1 ± 1.8（統計）± 2.3（システムティック）mbと決定された。
• 方位角非対称性パラメータ⟨cos 2ϕCS⟩および⟨cos 4ϕCS⟩はゼロと整合的であるが、数パーセントのレベルでわずかな非対称性を許容する。
• yJ/ψの微分断面積dσ/dyJ/ψは、y = 2.0から4.5の範囲を0.25単位のチャンクに分け、最高のチャンクでは1.39 ± 0.39 ± 0.37 nbの値を示した。
• J/ψペアのpTスペクトルは急速度およびインバリアント質量に明確な依存性を示し、SPS成分の微分断面積は2.0 < ydi-J/ψ < 3.0の範囲で1–2 GeV/cのチャンクで最大1.907 ± 0.354 ± 0.303 nb/(GeV/c)に達した。
• SPS成分のpTスペクトルはDPSから完全に分離され、TMD発展効果を考慮した上で、グルーオンTMD f g₁(x, kT², µ)に対するより良い制約が得られた。