[論文レビュー] Measurement of the forward charged particle pseudorapidity density in pp collisions at sqrt(s) = 8 TeV using a displaced interaction point

The TOTEM Collaboration, G. Antchev+77 more|arXiv (Cornell University)|Nov 18, 2014

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本論文では、名目上の衝突点から11.25 m 離れたずらされた衝突点を用いて、√s = 8 TeV のpp衝突における前向きの荷電粒子の擬似ラピディティ密度の測定を報告する。TOTEM実験は、η = 3.95 で dNch/dη = 5.11 ± 0.73、η = -6.925 で dNch/dη = 1.81 ± 0.56 を測定した。Pythia 8、Sibyll 2.1、EPOS、QGSJet II-04 の予測は、系統的不確実性の範囲内で一致しており、前向き物理学および宇宙線モデルに対する重要な制約を与える。

ABSTRACT

The pseudorapidity density of charged particles dN(ch)/deta is measured by the TOTEM experiment in pp collisions at sqrt(s) = 8 TeV within the range 3.9 < eta < 4.7 and -6.95 < eta < -6.9. Data were collected in a low intensity LHC run with collisions occurring at a distance of 11.25 m from the nominal interaction point. The data sample is expected to include 96-97\% of the inelastic proton-proton interactions. The measurement reported here considers charged particles with p_T > 0 MeV/c, produced in inelastic interactions with at least one charged particle in -7 < eta < -6 or 3.7 < eta <4.8 . The dN(ch)/deta has been found to decrease with |eta|, from 5.11 +- 0.73 at eta = 3.95 to 1.81 +- 0.56 at eta= - 6.925. Several MC generators are compared to the data and are found to be within the systematic uncertainty of the measurement.

研究の動機と目的

• √s = 8 TeV のpp衝突における、3.9 < η < 4.7 および -6.95 < η < -6.9 の範囲の前向きの荷電粒子の擬似ラピディティ密度を測定すること。
• 前向き領域における高精度なデータを提供することで、非摂動的QCDモデルおよびモンテカルロイベントジェネレータの制約をすること。
• ずらされた衝突点を用いることで、前向き粒子生成の系統的不確実性を低減し、拡張された擬似ラピディティカバー範囲にアクセスすること。
• 高エネルギー陽子-陽子衝突における弾性散乱およびビーム残渣効果の理解を深めること。
• 高エネルギー宇宙線の空気シャワーの解釈を支援するために、前向き粒子生成に関するデータを提供すること。

提案手法

• データは、名目上の衝突点から11.25 m ずらされた衝突点を用いて、TOTEMのT2検出器で低強度のLHC運転中に収集された。
• 最小バイアストリガーを用いて、-7 < η < -6 または 3.7 < η < 4.8 のいずれかの領域に少なくとも1つの荷電粒子を持つ非弾性pp衝突を選別した。
• 横運動量 pT > 0 MeV/c の荷電粒子の擬似ラピディティ密度 dNch/dη を測定した。
• 系統的不確実性を評価した。特に、エネルギー分解能および誤調整の影響によるη相関のない不確実性 ση = 0.05 が含まれる。
• 測定値は、pT を 0 MeV/c まで含むように補正され、非弾性サンプルの完全性が保証された。
• MCジェネレータ（Pythia 8、Sibyll 2.1、EPOS、QGSJet II-04）の予測をデータと比較し、モデルの性能を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √s = 8 TeV のpp衝突における、前向き領域（3.9 < η < 4.7 および -6.95 < η < -6.9）の荷電粒子の擬似ラピディティ密度 dNch/dη は何か？
• RQ2 異なるモンテカルロイベントジェネレータ（Pythia 8、Sibyll 2.1、EPOS、QGSJet II-04）は、前向き領域における測定された dNch/dη をどの程度正確に記述できるか？
• RQ3 特に擬似ラピディティ分解能および誤調整に起因する系統的不確実性が、測定にどの程度の影響を及ぼすか？
• RQ4 ずらされた衝突点の設定は、名目上のT2検出器のカバー範囲を超えた擬似ラピディティ範囲にどのようにアクセスを可能にするか？
• RQ5 弾性散乱およびビーム残渣寄与を含むモデルと、データの整合性はどの程度か？

主な発見

• 正の擬似ラピディティ領域における擬似ラピディティ密度 dNch/dη は、η = 3.95 で 5.11 ± 0.73 に測定された。
• 負の擬似ラピディティ領域における η = -6.925 では、dNch/dη は 1.81 ± 0.56 に測定され、|η| の増加に伴い著しく減少していることが示された。
• Pythia 8（tune 4C）、Sibyll 2.1、EPOS（tune LHC）、QGSJet II-04 の予測は、系統的不確実性の範囲内でデータと整合した。
• Sibyll 2.1 と EPOS の予測は、それぞれ約6–10% および15–30% の系統的低下・過剰に起因して、データをわずかに低く・高く予測している。
• 統計的不確実性は無視できるほど小さく、主な不確実性は系統的であり、η相関のない不確実性は ση = 0.05 と推定された。
• データサンプルは非弾性陽子-陽子衝突の96–97%を含んでおり、非弾性サンプルの完全性が高く保証された。