[論文レビュー] Study of J/$\psi$ meson production inside jets in pp collisions at $\sqrt{s} =$ 8 TeV

Albert M. Sirunyan, A. Tumasyan+2335 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 34被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、CMSが19.1 fb⁻¹のデータを用いて√s = 8 TeVのpp衝突においてジェット内でのプロンプトJ/ψメソンの生成を調査した。J/ψとジェット間の角度的分離ΔRを測定することで、J/ψメソンがジェットに含まれるかどうかを検証し、非相対論的QCD（NRQCD）の長距離行列要素を新たに探る手がかりを得た。その結果、非極性化J/ψ生成を仮定したフラグメンティングジェット関数（FJF）モデルと最も一致した。

ABSTRACT

A study of the production of prompt J/ψ mesons contained in jets in proton-proton collisions at s=8TeV is presented. The analysis is based on data corresponding to an integrated luminosity of 19.1 fb −1 collected with the CMS detector at the LHC. For events with at least one observed jet, the angular separation between the J/ψ meson and the jet is used to test whether the J/ψ meson is part of the jet. The analysis shows that most prompt J/ψ mesons having energy above 15 GeV and rapidity |y|<1 are contained in jets with pseudorapidity |ηjet|<1 . The differential distributions of the probability to have a J/ψ meson contained in a jet as a function of jet energy for a fixed J/ψ energy fraction are compared to a theoretical model using the fragmenting jet function approach. The data agree best with fragmenting jet function calculations that use a long-distance matrix element parameter set in which prompt J/ψ mesons are predicted to be unpolarized. This technique demonstrates a new way to test predictions for prompt J/ψ production using nonrelativistic quantum chromodynamics.

研究の動機と目的

• ジェットのサブストラクチャーを用いて、プロンプトJ/ψメソンのハドロ生成メカニズムを調べること。
• ジェットフラグメンテーションを用いて、非相対論的QCD（NRQCD）のJ/ψ生成に関する理論的予測を検証すること。
• ジェット内でのJ/ψの包含確率を測定することで、NRQCDにおける長距離行列要素（LDME）を制約すること。
• J/ψメソンの極性およびフラグメンテーションダイナミクスに敏感な、新たな実験的観測量を提供すること。
• グルーオンフラグメンテーションが支配する中央迅速度領域におけるフラグメンティングジェット関数（FJF）モデルの妥当性を検証すること。

提案手法

• J/ψメソンと近接するジェットとの間の角度的分離ΔRを用いて、J/ψがジェット内に含まれるかどうかを特定する。
• ジェットエネルギーとJ/ψエネルギー割合z = E_J/ψ / E_jetの関数として、包含確率関数P(contained | E_jet, z)を抽出する。
• 理論的予測は、NRQCD内でのフラグメンティングジェット関数（FJF）アプローチを用いて計算され、3S₁¹、¹S₈⁰、³S₈¹、および³P₈ⱼのフォック状態の和をとる。
• FJFモデルは、摂動的ハード散乱断面積と、非摂動的フラグメンテーション関数G_J/ψ^i(E_jet, z|R, μ)との畳み込みを含む。
• 分析はグルーオンフラグメンテーションが支配する中央迅速度領域|y| < 1に焦点を当て、ジェット再構築にはコーンサイズR = 0.5を用いる。
• データは、異なるLDMEパラメータセットを用いたFJF計算と比較され、特に1S₈⁰項の寄与が支配的かどうかをテストした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測されたジェット内に含まれるJ/ψメソンの割合は、フラグメンティングジェット関数（FJF）モデルの予測と一致するか？
• RQ2 NRQCDにおける長距離行列要素（LDME）のどのセットが、実験的に測定されたジェット内J/ψ包含確率を最もよく記述するか？
• RQ3 ジェット内でのJ/ψメソン生成は、1S₈⁰フォック状態が予測する非極性化フラグメンテーションと整合的か？
• RQ4 ジェットサブストラクチャーに基づく測定は、J/ψハドロ生成の異なる理論的モデルに対してどれほど感度が高いか？
• RQ5 ジェットベースの観測量は、NRQCDにおけるJ/ψ生成のフォック状態の階層性を新たに制約できるか？

主な発見

• E_J/ψ > 15 GeVかつ|y| < 1を満たす大部分のプロンプトJ/ψメソンが|η_jet| < 1のジェット内に含まれており、顕著なジェットフラグメンテーションが示唆される。
• ジェット内J/ψ包含の微分的確率は、非極性化J/ψ生成を予測するLDMEセットを用いたFJF計算と最も一致した。
• 非極性化J/ψを予測する1S₈⁰フォック状態がデータによって支持されており、フラグメンテーション過程での優位性を示唆する。
• 本分析は、グルーオンフラグメンテーションが支配する中央迅速度領域におけるFJFベースのモデルに対する、初の直接的な実験的テストを提供した。
• 特に高エネルギーのジェットにおいて、非常に極性化されたJ/ψ生成を予測するLDMEセットはデータと一致せず、不適切であると判明した。
• 本研究は、ジェットサブストラクチャー観測量がNRQCD予測の検証およびLDMEの制約に新たな感受性を提供することを示した。