[論文レビュー] Observation of Feynman scaling violations and evidence for a new resonance at RHIC

L. C. Bland, E. J. Brash+20 more|arXiv (Cornell University)|Sep 6, 2019

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、√sNN = 200 GeVにおけるCu+Au衝突における前方ジェット対生成において、ファインマンスケーリングの破れを報告しており、これはグルーオンの融合に起因する一部のクォークエネルギーの増幅（QCD加速器効果）を示唆している。また、ジェット対質量スペクトルにおいて18.12 ± 0.15 GeV/c²の新しい共鳴状態の証拠を提示しており、これはすべてのbクォークを含む四クォーク状態と整合的である。この事実は、二重部分子散乱による単一および二重Υ(1S)生成の観測によって裏付けられている。

ABSTRACT

We report measurements of forward jets and dijets produced in Cu+Au collisions at $\sqrt{s_{NN}}=200$ GeV at the Relativistic Heavy Ion Collider. We also report dijet production cross sections in p+p collisions at $\sqrt{s}=510$ GeV. We use the invariant dijet mass to search for indications of new particles. The p+p dijet results are compatible with string fragmentation models tuned to fit LHC data. The Cu+Au jet results far exceed Feynman scaling limits, and are compatible with models that incorporate string fusion to increase parton energy, acting as a QCD accelerator. The Cu+Au dijet results can be mostly explained by double parton scattering due to a parton flux from multiple p+p interactions with $\sqrt{s}>>\sqrt{s_{NN}}$. Further indication of the increased parton energy is obtained from evidence of single- and double-$Υ$(1S) production in the forward direction in Cu+Au collisions. Finally, we report evidence for the production of a new resonance, reconstructed from its dijet decay.

研究の動機と目的

• √sNN = 200 GeVにおけるCu+Au衝突における前方ジェットおよびジェット対生成を調査し、高エネルギー部分子ダイナミクスを探る。
• 重イオン衝突におけるファインマンスケーリングの破れをテストし、部分子エネルギーの増幅が生じる可能性を検証する。
• インバリアントジェット対質量再構成を用いて、特に特異な四クォーク状態を含む新しいカラーテンソル状態の探索を行う。
• 二重部分子散乱およびストリング融合が部分子エネルギーを増幅させ、新しい粒子生成を可能にする役割を調査する。
• 前方重イオン衝突を、新しい物理の発見に向けたQCD加速器として使用する可能性を評価する。

提案手法

• RHICの衝突点から530 cm離れた位置に設置された200 cm × 120 cmの前方カリメータ壁（236個の lead-scintillating fiber セルを有する）を用いて、前方ジェット対およびジェット生成を測定した。
• ジェット再構築にはアンチ-kTジェットクラスタリングアルゴリズムを用い、p+pおよびCu+Auデータの両方でFastjet 3.3.2を用いて結果を検証した。
• 全電荷和（ΣQY ≤ 8000カウント）を用いてビーム・ビームカウンタ（BBC）を用い、半外部的衝突を選別した。これは、衝突パラメータが8 fm以上に対応する。
• 宇宙線ミューオンおよび中性π中間子の崩壊（γγ → π⁰）からの最小イオン化粒子（MIP）信号を用いて、エネルギースケールをキャリブレーションした。
• 新しい共鳴状態の探索のため、ジェット対質量スペクトルを再構築し、ピークの有意性を統計的および系統的不確実性を用いて評価した。
• 埋め込みされたΥ(1S) → 3g崩壊およびミックスドゥォー・アナリシスを用いて、ジェットエネルギースケールおよび信号純度を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Cu+Au衝突における前方ジェット対生成率は、p+p基準と比較して、どの程度ファインマンスケーリングに反するか？
• RQ2 観測された前方ジェットエネルギーの増幅は、ストリング融合または二重部分子散乱によって説明可能か？
• RQ3 ジェット対質量スペクトルに、すべてのbクォークを含む四クォーク状態と整合的な新しい共鳴状態の証拠があるか？
• RQ4 観測されたΥ(1S)および二重Υ(1S)生成率は、Cu+Au衝突における部分子エネルギーの増幅をどのように裏付けるか？
• RQ5 18.12 GeV/c²の前方ジェット対質量ピークは、すべてのbクォークを含む四クォークの最初の観測と解釈できるか？

主な発見

• Cu+Au衝突における前方ジェット対のファインマンスケーリングの破れは、√s = 200 GeVにおけるp+pと比較して予測値の2倍以上に達しており、部分子エネルギーの増幅を示唆している。
• Cu+Au衝突におけるジェット対質量スペクトルには、18.12 ± 0.15（統計）± 0.60（系統）GeV/c²に顕著なピークが存在し、これは新しい共鳴状態と一致する。
• ピーク位置は、すべてのbクォークを含む四クォーク状態の理論的予測と整合的であるが、BLO推定値（18.69 GeV）およびLHCb/CMS候補（18.4 GeV）より低い位置にある。
• 前方領域における単一および二重Υ(1S)生成の観測は、√s ≈ 1100 GeVにおけるp+p衝突と同等の部分子フラックスを示しており、部分子エネルギーの増幅を裏付けている。
• 高エネルギー（E > 250 GeV）ジェット対における長距離のラピディティ相関は、ストリング融合またはQCD加速器効果に起因する集団的ダイナミクスと整合的である。
• 2つの独立したジェット再構築手法を用いた結果は一貫しており、Υ(1S) → 3g崩壊キャリブレーションによる検証も行われ、信号の真正性が確認された。