[論文レビュー] Phenomenological interpolation of the inclusive J/psi cross section to proton-proton collisions at 2.76 TeV and 5.5 TeV

F. Bossú, Z. Conesa del Valle+4 more|arXiv (Cornell University)|Mar 11, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 5被引用数 37

ひとこと要約

本稿では、PHENIX、CDF、LHC共同研究の実験データを用いて、√s = 2.76 TeVおよび5.5 TeVにおける陽子-陽子衝突における包含的J/ψ截面を予測するための現象論的補間フレームワークを提示する。この手法は、べき乗則およびpQCDに基づくモデル（FONLL、LO CEM）を組み合わせ、横運動量積分された截面、迅速度分布、pTスペクトルを補間するものであり、2.76 TeVにおけるALICEのデータと良好な一致を示し、LHCにおけるA–Aおよびp–A核修正因子研究の基準としての利用が妥当であることを裏付けている。

ABSTRACT

We present a study of the inclusive J/psi cross section at 2.76 TeV and 5.5 TeV. The energy dependence of the cross section, rapidity and transverse momentum distributions are evaluated phenomenologically. Their knowledge is crucial as a reference for the interpretation of A-A and p-A J/psi results at the LHC. Our approach is the following: first, we estimate the energy evolution of the pt-integrated J/psi cross section at mid-rapidity; then, we evaluate the rapidity dependence; finally, we study the transverse momentum distribution trend. Whenever possible, both theory driven (based on pQCD predictions) and functional form (data driven fits) calculations are discussed. Our predictions are compared with the recently obtained results by the ALICE collaboration in pp collisions at 2.76 TeV.

研究の動機と目的

• LHCエネルギーにおける陽子-陽子衝突における包含的J/ψ生成截面の信頼性の高い基準を確立すること。特に、√s = 2.76 TeVおよび5.5 TeVにおいて。
• A–Aおよびp–Aデータ解析を支援するため、pT積分截面、迅速度分布、横運動量スペクトルの体系的補間手法を提供すること。
• 2.76 TeVにおけるALICE測定値と比較することで、補間手法の妥当性を検証し、将来のLHCエネルギー走行における信頼性を確保すること。
• FONLL、LO CEMなどのモデル駆動型およびガウス関数、多項式などの関数形アプローチを用いて、補間における不確実性を定量化すること。
• 正確なpp基準截面を提供することで、核媒体効果の解釈を核修正因子R_AAおよびR_pAを用いて支援すること。

提案手法

• まず、√s = 200 GeV、1.96 TeV、7 TeVにおけるデータにフィットしたべき乗則およびpQCDに基づくモデル（FONLLおよびLO CEM）を用いて、中間迅速度領域におけるpT積分J/ψ截面を補間する。
• 第二に、迅速度分布のエネルギー依存性を、理論的pQCD予測と、データのy/y_maxスケーリングにフィットした関数形（ガウス、多項式n=2からn=8）の二つのアプローチを用いて特定する。
• 第三に、z_t = pT / √sの普遍的スケーリングを仮定して、横運動量分布をモデル化する。
• モデル駆動型および関数形アプローチの結果を統合し、系統的不確実性を推定する。2.76 TeVでは補間不確実性が15%、5.5 TeVでは20%である。
• 補間手法の妥当性を確認するため、√s = 2.76 TeVにおける予測截面を、中間および前方迅速度領域におけるALICE測定値と比較する。
• 検証済みの手順を用いて、将来のLHC p–PbおよびPb–Pb走行における√s = 5.5 TeVにおけるJ/ψ截面を予測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 200 GeVから14 TeVまでの中心系エネルギーの範囲で、pp衝突における包含的J/ψ截面を信頼性高く補間する方法は何か？
• RQ2 前方迅速度領域でのデータが限られている状況において、√s = 2.76 TeVおよび5.5 TeVにおけるJ/ψの迅速度分布を予測する最も正確な手法は何か？
• RQ3 pQCDに基づくモデル（FONLL、LO CEM）とデータ駆動型関数形（多項式、ガウス）は、J/ψ生成のエネルギー依存性をどの程度一致して記述できるか？
• RQ4 補間フレームワークは、特に前方迅速度領域において、ALICEの測定値をどの程度正確に再現できるか？
• RQ5 補間における系統的不確実性は何か？また、データ制約に基づいて、多項式n=6やn=8などの関数形は除外すべきか？

主な発見

• √s = 2.76 TeVにおける中間迅速度領域（y=0）のpT積分J/ψ截面の補間値は239+6−10 nb（モデル）±31 nb（フィット）であり、ALICEが測定した239+6−10 nbと良好な一致を示している。
• √s = 5.5 TeVにおける中間迅速度領域の截面は350+20−51 nb（モデル）±51 nb（フィット）と予測され、将来のLHC走行の基準としての役割を果たす。
• 迅速度分布の補間において、n=6およびn=8の多項式形式が前方迅速度領域の截面を過剰に評価していることが判明し、これらは除外すべきである。残りのモデル（ガウス、n=2、n=4）はALICEデータと整合的である。
• √s = 2.76 TeVにおける前方迅速度領域y = 3.25の截面は153±21 nb（相関）±12 nb（非相関）と予測され、5.5 TeVでは256±53 nb（相関）±23 nb（非相関）である。
• √s = 2.76 TeVにおける横運動量スペクトルは、補間によって良好に再現されており、z_tスケーリング仮定の妥当性が裏付けられている。
• 全体的な補間系の不確実性は、2.76 TeVで15%、5.5 TeVで20%と推定され、関数形アプローチの不確実性がモデル駆動型手法よりも大きいことが明らかになった。