[論文レビュー] Production of $c \bar c$ pairs at LHC: $k_t$-factorization and double-parton scattering

Antoni Szczurek|arXiv (Cornell University)|Jun 1, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 4被引用数 1

ひとこと要約

本稿は、LHCにおけるcharmクォーク対($c\bar{c}$)生成について、$k_t$-因子化と二重部分子散乱(DPS)形式を用いて調査している。DPS寄与が高エネルギー域においては単一部分子散乱と同等に大きく、特にALICEおよびLHCbデータとの間に観測される横運動量分布の乖離を踏まえ、$D^0\bar{D}^0$または$\bar{D}^0D^0$対生成がDPS効果を特定するための主要なチャンネルであると提案している。

ABSTRACT

We discuss charm production at LHC. The production of single $c \bar c$ pairs is calculated in the $k_t$-factorization approach. We use several unintegrated gluon distributions from the literature. Differential distributions for several charmed mesons are presented and compared to recent results of the ALICE and LHCb collaborations. Some missing strength can be observed. Furthermore we discuss production of two $c \bar c$ pairs within a simple formalism of double-parton scattering (DPS). Surprisingly large cross sections, comparable to single-parton scattering (SPS) contribution to $c \bar c$ production, are predicted for LHC energies.

研究の動機と目的

• . $k_t$-因子化がLHCエネルギーにおける$c\bar{c}$生成を記述するのに適切かどうかを評価すること。
• . ALICEおよびLHCbデータで観測されたcharmメソン(D、$D_s$)の横運動量分布に見られる欠落した強度が、二重部分子散乱によって説明可能かどうかを調査すること。
• . DPSを介した二重$c\bar{c}$対生成断面積を評価し、単一部分子散乱(SPS)寄与と比較すること。
• . DPSとSPSメカニズムを区別できる観測可能な相関パターン（例えば、急速度差、インバリアント質量）を同定すること。
• . $D^0\bar{D}^0$または$\bar{D}^0D^0$対生成が、LHCにおけるDPS効果の実験的同定に適したクリーンなチャンネルであると提案すること。

提案手法

• . 複数のパラメータ化（KMR、Jung、KMS、Kutak-Stasto）による非統合グルーオン分布(UGDF)を用いた$k_t$-因子化を用いて、単一$c\bar{c}$生成を計算する。
• . 横運動量と急速度の関数としての、1次微分断面積のLO（一次近似）式を適用し、運動量保存則をデルタ関数で強制する。
• . DPS形式を導入し、断面積を$\frac{1}{\sigma_{\text{eff}}} \frac{d\sigma}{dy_1dy_2d^2p_{1t}} \cdot \frac{d\sigma}{dy_3dy_4d^2p_{2t}}$と因子化する。ここで$\sigma_{\text{eff}} = 15$ mbである。
• . $c$クォークのハドロン化を$D$メソンに記述するため、Petersonの分岐関数を用いる。
• . LOおよび高エネルギー近似を用いて、$c\bar{c}c\bar{c}$生成におけるDPSおよびSPS寄与を比較する。
• . 異なる部分子散乱からの$c\bar{c}$対の急速度差($\Delta y$)およびインバリアント質量($M_{c\bar{c}}$)といった相関観測量を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 . 現在のUGDFを用いた$k_t$-因子化が、ALICEおよびLHCbが測定した$D$メソンの横運動量スペクトルを完全に記述可能かどうか。
• RQ2 . LHCbの運動量領域における$D$メソンの$p_T$スペクトルに観測される欠落した強度は、二重部分子散乱によって説明可能か。
• RQ3 . $c\bar{c}c\bar{c}$生成におけるDPS断面積が中心系エネルギーに従ってどのようにスケーリングするか、単一$c\bar{c}$生成と比較して。
• RQ4 . $\Delta y$ や $M_{c\bar{c}}$ のような運動量相関が、DPSとSPS寄与を区別するのに有効かどうか。
• RQ5 . $D^0\bar{D}^0$または$\bar{D}^0D^0$対生成は、LHCにおけるDPS効果の実験的観測に実用的で感受性の高いチャンネルか。

主な発見

• . 異なるUGDFを用いた$k_t$-因子化アプローチは、ALICEおよびLHCbの$D$メソン$p_T$スペクトルと良好に一致するが、特にLHCbの運動量領域では一貫した欠落した強度が観測される。
• . 二重$c\bar{c}$対生成におけるDPS寄与は予想に反って大きく、高エネルギー域では単一$c\bar{c}$生成と同等の断面積に達する。
• . $\sqrt{s} = 7$ TeVにおいて、$c\bar{c}c\bar{c}$生成のDPS断面積は、単一$c\bar{c}$生成のSPS断面積と同等である。
• . 急速度差($\Delta y$)およびインバリアント質量($M_{c\bar{c}}$)といった相関観測量において、DPS寄与がSPS寄与を上回る。
• . $D^0\bar{D}^0$対の横運動量分布は、高$p_T$領域に長いテイルを示し、これはDPS寄与の増強を示唆しており、単一$D^0$スペクトルとは対照的である。
• . 本研究は、$D^0\bar{D}^0$または$\bar{D}^0D^0$対生成が、LHCにおける二重部分子散乱を同定・研究する上で最も有望なチャンネルの一つであると結論づける。