[論文レビュー] Reference cross section measurements with ALICE in pp and Pb-Pb collisions at LHC

K. Oyama|arXiv (Cornell University)|May 30, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 6

ひとこと要約

本論文では、LHCにおけるppおよびPb–Pb衝突の参考断面積を、ALICE実験のヴァン・デル・メール走査法を用いて測定する。√s = 7および2.76 TeVにおけるVZERO（VBAND）およびZDC（ZED、VLN）トリガーの精密な断面積を報告し、系統的不確実性が6.4%未満である。これにより、J/ψ生成や核子修飾要因の物理解析における正確な絶対断面積決定が可能となる。

ABSTRACT

Cross sections of reference trigger processes were obtained based on beam property measurements in dedicated luminosity calibration experiments (van der Meer scans). These cross-sections are essential for absolute cross section determinations of physics processes. The reference cross sections are presented for pp collisions at two center of mass energies; 2.76 TeV and 7 TeV, and for Pb-Pb collisions at 2.76 TeV together with a discussion of the systematic uncertainty originating from beam intensity and rate measurement uncertainties.

研究の動機と目的

• ビームベースの光度校正を用いて、ppおよびPb–Pb衝突における参考トリガー過程の絶対断面積を決定すること。
• ALICEにおける高精度の物理解析、特に核子修飾要因およびJ/ψ生成のための光度測定における系統的不確実性を低減すること。
• さまざまな衝突系において、ヴァン・デル・メール走査の長期的有効性を検証するためのトリガー安定性およびレート性能を評価すること。
• ビーム強度、レート測定、光度減衰、および走査間の不一致に起因する系統的不確実性を定量化および割り当てる。
• LHCエネルギーにおけるA–A、p–A、およびpp衝突における絶対断面積測定に不可欠な参考断面積を提供すること。

提案手法

• ビーム分離依存性のトリガー率を測定するヴァン・デル・メール走査法を用い、有効ビームサイズおよび断面積を抽出する。
• トリガー率（R_trig）をビーム分離の関数として測定し、Lが光度であることを用いてσ_trig = R_trig / Lにより断面積を導出する。
• 系統的不確実性は、ビーム強度校正（DCCT）、ゴースト電荷補正、長さスケール校正、光度減衰、および走査間の不一致から評価される。
• バッチごとのレート測定を用いて、包括的および正確な断面積計算の不一致を評価し、データが限られる場合には2%を系統的不確実性として割り当てる。
• レート測定におけるバックグラウンドレベルをモデル化し、断面積不確実性への影響を<1%で推定する。
• 統計的不確実性は無視できるが、系統的不確実性が支配的であり、ZEDでは5.2–6.4%、VLNでは3.1–5.3%の総不確実性を示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ALICEのVZERO検出器を用いたpp衝突において、√s = 7 TeVおよび2.76 TeVでの参考断面積の精度はいかほどか？
• RQ2 Pb–Pb衝突における電磁的核分裂の参考断面積（√s_NN = 2.76 TeV）は、ZDCトリガーを用いてどの程度か？
• RQ3 ビーム強度、ゴースト電荷、光度減衰に起因する系統的不確実性は、最終的な断面積値にどのように影響するか？
• RQ4 走査間の不一致およびバックグラウンドレベルは、総不確実性にどの程度寄与するか？
• RQ5 VLNトリガー断面積は、中心的ハドロン的Pb–Pb衝突の予想とどの程度一致するか？

主な発見

• 7 TeVにおけるpp衝突のVZERO VBAND断面積は、54.34 ± 1.90 mb（系統的不確実性）として測定され、相対不確実性は1.9%である。
• 2.76 TeVにおけるVZERO VBAND断面積は47.67 ± 0.88 mbであり、0.88%の系統的不確実性を示し、高精度pp物理学に適している。
• 2.76 TeVにおけるPb–Pb衝突のZDCベースのZED断面積は371.4+23.8/-19.3 mb（系統的不確実性）であり、総不確実性は5.2–6.4%である。
• 中心的Pb–Pb衝突におけるVLNトリガー断面積は4.10+0.22/-0.13 バーンであり、核のサイズおよびトリガー効率に基づく予想とよく一致している。
• 系統的不確実性の主な寄与要因はDCCTキャリブレーション（2.7%）およびゴースト電荷補正（最大4.4%）であり、光度減衰および走査間不一致はそれぞれ2%および1%を寄与している。
• 統計的不確実性は無視できるが、系統的不確実性が総不確実性予算を完全に支配している。