[論文レビュー] New results on collectivity with LHCb

R. Kopecna|arXiv (Cornell University)|Sep 28, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 22被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、LHCb検出器を用いて、$√s = 13$ TeVの$pp$衝突における、非常に前向きな偽レピティチュード領域（$2 < \eta < 5$）での二粒子角度相関の最初の測定を提示する。$p_T$およびイベント活動度の異なるクラスにおいて、$\Delta\eta$および$\Delta\phi$の相関を分析した結果、高活動度および中程度の$p_T$において、近側リッジ構造が観測され、小スケール系における集団的効果に類似した現象が示唆される。この結果は、他のLHC実験と補完的であり、低$x$物理学およびカラーレースコンデンゲートモデルに敏感である。

ABSTRACT

Two-particle angular correlations are studied in $pp$ collisions at $\sqrt{s}=\,13\,$TeV, collected with the LHCb detector at the LHC. The LHCb detector provides measurement in the very forward region, $2 &lt; η&lt; 5$. This region is complementary to other experiments and allows to explore low Bjorken-$x$ region. The correlations are studied as a function of difference in pseudorapidity $\left(Δη ight)$ and azimuthal angle $\left(Δϕ ight)$ in several $p_T$ and activity classes. Proton-proton collisions are studied using two datasets corresponding to minimum-bias sample and a sample obtained via a dedicated trigger to study the highest-activity events.

研究の動機と目的

• LHCb検出器の特徴的な前向き被覆を活用して、$\sqrt{s} = 13$ TeVの$pp$衝突における二粒子角度相関を研究すること。
• 非常に前向き領域（$2 < \eta < 5$）における集団的効果およびジェット様相関を調べることで、低Bjorken-$x$領域にアクセスすること。
• 異なる$p_T$およびイベント活動度クラスにおける近側リッジおよび遠方リッジ構造の存在を調査すること。
• Color-Glass Condensateモデルやジェット-媒体相互作用をテストするため、他のLHC実験と補完的なデータを提供すること。
• 混合イベント正規化を用いた相関測定の妥当性を、検出器の受容域および再構成効率の影響を補正することで評価すること。

提案手法

• 13 TeVの$pp$衝突において、荷電プリム粒子を用いて二粒子相関関数$C(\Delta\eta, \Delta\phi)$を測定する。
• 信号分布$S(\Delta\eta, \Delta\phi)$は、同じイベント内におけるトリガー粒子ごとの正規化されたペア生成率として定義される。
• 背景$B(\Delta\eta, \Delta\phi)$は、混合イベントから構築され、同じ$p_T$および活動度ビン内のイベントから得られるトリガー粒子とトラックを組み合わせる。
• 相関関数は$B(0,0) \times S(\Delta\eta, \Delta\phi)/B(\Delta\eta, \Delta\phi)$として計算され、ゼロ番目のビンで正規化することで、受容域および効率の補正が行われる。
• イベント活動度は、VELO検出器におけるヒット多重度$N_{\text{hit}}^{\text{VELO}}$を用いて定量化され、低、中、高活動度クラスに分類される。
• トラッキング効率、誤検出トラック、非プリム寄与の影響を補正するため、4次元（$\eta$、$p_T$、$\phi$、$N_{\text{hit}}^{\text{VELO}}$）で補正が施される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 13 TeVの$pp$衝突において、前向き領域（$2 < \eta < 5$）に近側リッジ構造が観測されるか？
• RQ2 近側および遠方リッジの特徴は、横方向運動量（$p_T$）およびイベント活動度にどのように依存するか？
• RQ3 低多重度$pp$衝突において、近側リッジの存在が示唆する集団的効果の証拠はあるか？
• RQ4 LHCbの$2 < \eta < 5$領域における前向き被覆は、ALICE、ATLAS、CMSの既存測定とどのように補完的か？
• RQ5 レゾナント崩壊およびジェット断片化は、異なる$p_T$および活動度領域において、相関関数にどのように寄与するか？

主な発見

• 低$p_T$では、等方的レゾナント崩壊に起因する明確なガウス型リッジが観測され、$\Delta\eta \approx 0$で全$\Delta\phi$にわたり広がる。
• $p_T$が増加するにつれて、近側ピークはより鋭くなるが、これは高運動量におけるより凝縮したジェット断片化と整合的である。
• 遠方リッジは低$p_T$で最も顕著であり、背中合わせのジェット対およびレゾナント崩壊に起因するとされる。
• 高活動度および中程度の$p_T$において、近側リッジの兆候が観測され、高多重度$pp$イベントにおける集団的効果または媒体効果の可能性を示唆する。
• 高$p_T$ではガウス型リッジが消失し、ジェット様相関が支配的となり、レゾナント寄与は抑制される。
• 混合イベント正規化手法は、検出器の受容域および再構成非効率を効果的に補正し、すべての$p_T$および活動度クラスにおいて頑健な相関関数をもたらした。