[論文レビュー] Study of heavy meson production in p-Pb collisions at $\sqrt{S}$=5.02 TeV in the general-mass variable-flavour-number scheme

G. Krämer, H. Spiesberger|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 20被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、一般質量可変フレーバー数スキーム（GM-VFNS）を用い、最適化された因子化スケール選択のもとで、√s = 5.02 TeV の p-Pb 衝突における D メソンおよび B メソン生成の次-leading-order（NLO）計算を提示する。結果は、ALICE、LHCb、CMS のデータと良好に一致しており、特に初期状態／最終状態の因子化スケールを小さくした場合（µ = 0.5√(m²_Q + p²_T)）に顕著な改善が見られる。核子修飾係数 RpPb が 1 から顕著に逸脱していないことから、このエネルギー領域では初期状態の核子効果が強くないことが示唆される。

ABSTRACT

We study inclusive charm and bottom production, for both D and B mesons, in p-Pb collisions at the LHC. Numerical results for p_T-differential production cross sections are obtained at next-to-leading-order in the general-mass variable-flavor-number scheme. We compare our results with recent data from ALICE and CMS at a center-of-mass energy of 5 TeV and find good agreement. A comparison with p-p cross sections does not reveal the presence of nuclear initial-state interaction effects that could be expected to become visible as deviations of the ratio of p-Pb and p-p cross sections from one.

研究の動機と目的

• GM-VFNS フレームワークを用いて、√s = 5.02 TeV の p-Pb 衝突における重いメソン生成の高精度な NLO 予測を提供すること。
• 核子効果が重いクォーク生成に与える影響を、p-Pb と p-p 戦略断面積の比較を通じて核子修飾係数 RpPb を用いて評価すること。
• RpPb が 1 から逸脱するかどうかが、初期状態の核子相互作用またはスケール不確実性に起因するかを評価すること。
• GM-VFNS における因子化スケール選択の最適化により、低 pT における重いクォーク生成の記述を改善すること。
• 今後の核子 PDF の抽出を可能にするために、実験データの信頼できる理論的ベンチマークを提供すること。

提案手法

• 一般質量可変フレーバー数スキーム（GM-VFNS）内で次-leading-order（NLO）計算が実施され、有限な重いクォーク質量効果が組み込まれている。
• 因子化スケールを µI = µF = 0.5√(m²_Q + p²_T) として最適化することで、低横運動量（pT）領域での記述が向上する。
• 一部子分布関数（PDFs）、分岐関数（FFs）、ハード散乱断面積を畳み込み、微分断面積 dσ/dpT を計算する。
• ALICE、LHCb、CMS が提供する D メソンおよび B メソンの p-Pb 衝突データ（√s = 5.02 TeV）と理論的予測を比較する。
• 核子効果を調べるために、核子修飾係数 RpPb = (1/A) × (dσpPb/dpT) / (dσpp/dpT) を計算する。
• 理論的堅牢性を評価するために、結合スケールおよび因子化スケールを変動させ、スケール不確実性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 最適化されたスケール選択を用いた GM-VFNS フレームワークは、√s = 5.02 TeV の p-Pb 衝突における D メソンおよび B メソン生成を正確に記述できるか？
• RQ2 RpPb が 1 から顕著に逸脱する測定可能な偏差が存在するか？ これは初期状態の核子効果を示唆する可能性があるか？
• RQ3 GM-VFNS フレームワークにおけるスケール不確実性は、RpPb の解釈にどのように影響するか？
• RQ4 ALICE、LHCb、CMS の実験データが、pT や迅速度領域にわたって NLO GM-VFNS 予測とどの程度一致するか？
• RQ5 観測された RpPb 比は、核子 PDF の変更に起因するのか、それとも理論的および実験的不確実性が支配的なのか？

主な発見

• µ = 0.5√(m²_Q + p²_T) という修正されたスケール選択は、元の GM-VFNS スケール選択と比較して、特に低 pT 領域でデータとの一致を顕著に改善する。
• D メソンに関しては、ALICE のミッドラピディティデータでは pT < 6 GeV で RpPb 比が約 1.5 に上昇するが、LHCb のフォワード領域データではその増幅は観測されない。
• pT > 6 GeV では、D メソンの RpPb 比は不確実性内で 1 に近い値を示しており、初期状態の核子効果の強い証拠はないことが示唆される。
• p-p データと理論予測の比が RpPb 比と同程度の大きさと pT 依存性を示しており、スケール不確実性が核子効果よりも支配的である可能性を示唆している。
• 理論的スケール不確実性は依然として大きく、観測された偏差が核子 PDF の変更または初期状態効果に起因するかどうかを明確に結論づけるのは困難である。