[論文レビュー] Measurement of jpsi production in p+p collisions at \sqrts = 500 GeV at STAR experiment

Rongrong Ma|arXiv (Cornell University)|Sep 22, 2015

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 12被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、STAR実験がRHICで√s = 500 GeVのp+p衝突において、最初に全微分断面積測定を実施した。この測定は、電子対およびミュオン対崩壊チャネルを用い、イベント多重度の増加に伴いpT依存性を持つ強いJ/ψ生成率の増幅を明らかにした。この傾向はLHCのデータと整合的であり、エネルギーに依存しない普遍的挙動を示しており、PYTHIA8およびパーコレーションモデルの予測とも良好に一致している。

ABSTRACT

Quarkonium measurements in heavy-ion collisions play an essential role in understanding the hot, dense medium created in such collisions. As a reference, their production mechanism in p+p collisions needs to be thoroughly understood. In this paper, we report the measurement of inclusive cross section of jpsi with transverse momentum (pT) above 4 GeV/c at mid-rapidity in p+p collisions at \sqrts = 500 GeV by the STAR experiment. The ratio of the yield of psi(2S) to jpsi integrated over 4 < pT < 12 GeV/c is also presented. Furthermore, the jpsi yields are studied in different event multiplicity bins in different jpsi pT regions, where the low pT measurement is enabled by the newly installed Muon Telescope Detector. A strong increase of the relative jpsi yield with the event multiplicity is observed for all pT with significant pT dependence.

研究の動機と目的

• √s = 500 GeVのp+p衝突における中間ラピディティ領域での包括的J/ψ微分断面積を測定すること。
• 4 < pT < 12 GeV/cの範囲で、ψ(2S)とJ/ψの生成率比をpTの関数として調べること。
• 異なるpT領域におけるイベント活動（多重度）に伴うJ/ψ生成率の依存性を調査すること。
• 観測されたJ/ψ生成率の増幅を、PYTHIA8やパーコレーションモデルなどの理論的モデルと比較すること。
• 重イオン衝突における抑制を解釈するための、基本的衝突におけるJ/ψ生成の基準を提供すること。

提案手法

• 電子対チャネルでは、2.7–3.3 GeV/c²の範囲でe+e−対のインバリアント質量を再構築し、同符号対を用いてバックグラウンドを差し引いた。
• ミュオン対チャネルは、新たに設置されたミュオン望遠鏡検出器（MTD）のおかげで可能となり、pT ≈ 0 GeV/cまで低pTのJ/ψを測定可能になった。μ+μ−対のインバリアント質量をフィッティングした。
• 積み重ね効果を避けるために、バーレアタイムオブフライト（TOF）検出器におけるチャージド粒子多重度を用いてイベント活動を分類した。
• 系統的不確かさを最小限に抑えるために、相対的J/ψ生成率を最小バイアス（MB）サンプルに正規化した。これにより、異なるイベントクラス間の比較が可能になった。
• 電子対チャネルでは、信号にクリスタルボール関数、バックグラウンドに指数関数を用い、ミュオン対チャネルでは、信号にガウス関数、バックグラウンドに指数関数を用いた。
• 系統的不確かさを評価した。特に、MBサンプルにおけるイベント選択バイアスに起因する15%の一方向不確かさを含めた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √s = 500 GeVのp+p衝突における包括的J/ψ断面積は、横運動量（pT）にどのように依存するか？
• RQ2 4 < pT < 12 GeV/cの範囲で、ψ(2S)とJ/ψの生成率比は何か？また、pTに依存するか？
• RQ3 相対的J/ψ生成率はイベント多重度にどのように依存するか？この依存性はpTに依存するか？
• RQ4 PYTHIA8およびパーコレーションモデルは、観測されたJ/ψ生成率の増幅をどの程度正確に記述できるか？
• RQ5 RHICとLHCのような異なる衝突エネルギーにおいて、J/ψ生成率の増幅がイベント活動に普遍的に依存するか？

主な発見

• 中間ラピディティ領域（|y| < 1）におけるpT > 4 GeV/cの包括的J/ψ微分断面積が測定され、適用可能な運動量領域においてデータと非摂動的QCD（NRQCD）計算の間に良好な一致が得られた。
• 4 < pT < 12 GeV/cの範囲におけるψ(2S)とJ/ψの生成率比は、pT ≈ 6.8 GeV/cで約3.5%であり、全系統的不確かさは約18%であった。
• イベント多重度の増加に伴い、相対的J/ψ生成率に強く、単調に増加する傾向が観測され、特に高いpT領域で増幅が著しく急峻であった。
• 平均多重度の約3倍の多重度を持つイベントでは、pT > 8 GeV/cの領域で、MBベースラインと比較してJ/ψ生成率が約7.5倍に増幅された。
• 4 < pT < 8 GeV/cの領域では、最低多重度ビンではpT > 8 GeV/cの領域と比較して62%高いが、最高多重度ビンでは34%低く、pT依存性が顕著に現れた。
• RHIC（500 GeV）におけるイベント活動に伴うJ/ψ生成率の増幅傾向は、7 TeVでのALICE測定と整合的であり、衝突エネルギーにかかわらず普遍的な依存性が存在する可能性を示唆している。