[論文レビュー] The relative yields of heavy hadrons as function of transverse momentum at LHC experiments

A. Berezhnoy, А. К. Лиходед|arXiv (Cornell University)|Sep 8, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、LHCにおける重いハドロンの相対的生成率—特に $f_{s}/f_{d}$, $f_{\bar{B}_c}/f_B$, および $f_{\Lambda_b}/f_B$—の横方向運動量 ($p_T$) 依存性を調査し、$p_T$ 全体にわたり生成率が一定であるという仮定に疑問を呈する。非分岐化メカニズム（例：$1/p_T^6$-抑制寄与）が、特に $B_c$ メソンにおいて低 $p_T$ で支配的になると主張する。主な結果として、$f_{s}/f_{d}$ は高 $p_T$ でプラトーに達すると予想されるが、$f_{\bar{B}_c}/f_B$ は $p_T$ と共に急激に減少し、プラトーを示さない。これは、生成メカニズムを解明するための正確な $p_T$ 分辨測定が不可欠であることを示唆している。

ABSTRACT

It is shown that the dependence of ratio $f_s/f_d$ could be understood within the fragmentation approach. However, the validity of fragmentation model is questionable at low $p_T$, and contributions of nonfragmentation mechanisms are possible. It is demonstrated, that the precise measurements of $p_T$ dependence of $f_s/f_d$, $f_{Λ_b}/f_{B}$ and analogous values as function of $p_T$ can essentially improve our understanding of heavy hadron production.At large $p_T$ a plateau is expected in $f_s/f_d$ distribution. Contrary, a plateau is not expected in $f_{B_c}/f_{B}$ distribution on $p_T$.

研究の動機と目的

• LHCにおけるベータおよび charm ハドロンの相対的生成率の $p_T$ 依存性を理解し、横方向運動量全域で生成率が一定であるという仮定に疑問を呈する。
• 低・中間 $p_T$ における重いハドロン生成の分岐モデルの妥当性を評価する。ここでは、非摂動的および非分岐化寄与が支配的である可能性がある。
• 将来のLHC測定を支援するため、$f_{\bar{B}_c}/f_B$ および $f_s/f_d$ の比の $p_T$ 依存形を定量的に評価する。
• 正確な $p_T$ 分辨測定が、$B_s \to \mu^+\mu^-$ のようなレア崩壊分岐比を正確に推定するために不可欠であることを示す。

提案手法

• 部分過程 $gg \to B_c + X$ のLO摂動的QCD（pQCD）計算を用い、さまざまな $p_T$ 値における $B_c$ 生成断面積を推定する。
• FONLL（固定順数＋次-leading 対数）アプローチを用いて $B$ メソン断面積を計算し、一貫性を保つためにウェブベースの FONLL キャリブレータを適用する。
• 分岐化および非分岐化寄与の $p_T$ 依存性をモデル化する：分岐化は $1/p_T^4$ に比例し、再結合／非分岐化メカニズムは $1/p_T^6$ に比例する。
• $gg \to B_c + X$ における分岐型図式（$A_3$）と再結合型図式（$A_1$, $A_2$）の寄与を比較し、干渉項およびゲージ依存性に注目する。
• 相対的生成率を $f_{H}/f_B = \sigma_H / \sigma_B$ で定義し、$\sigma_H$ を pQCD から、$\sigma_B$ を FONLL から得る。$\mu_R$, $\mu_F$ の再スケーリングおよび因子化スケールを変化させ、不確実性を評価する。
• $p_T$ 依存性を評価する際、複数のスケール選択（例：$\mu_R = \mu_F = 10$ GeV、$\mu_R = \mu_F = \sqrt{s_{gg}}/4$）を用い、予測の妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 分岐モデルは、LHC の $p_T$ 範囲全域において $f_s/f_d$ の $p_T$ 依存性を正確に記述できるか？
• RQ2 $f_{\bar{B}_c}/f_B$ の比の期待される $p_T$ 行動は何か？高 $p_T$ でプラトーを示すか？
• RQ3 実験的に測定可能な $p_T$ 値において、非分岐化寄与（例：$1/p_T^6$）は $B_c$ や他の重いハドロン生成にどれほど重要か？
• RQ4 $f_s/f_d$, $f_{\Lambda_b}/f_B$, および $f_{\bar{B}_c}/f_B$ の $p_T$ 分辨測定は、分岐と再結合メカニズムを区別できるか？

主な発見

• $f_s/f_d$ の比は、高 $p_T$ でプラトーに達すると予想され、この領域では分岐メカニズムが支配的であることに一致する。
• $f_{\bar{B}_c}/f_B$ の比は、$p_T$ が増加するにつれて急激に減少すると予測され、非分岐化寄与の $1/p_T^6$ 抑制により、プラトーは期待されない。
• $B_c$ 生成において、低・中間 $p_T$ では非分岐化メカニズム（例：$gg \to B_c + X$）が支配的であり、寄与は $1/p_T^6$ に比例する。一方、分岐寄与は $1/p_T^4$ に比例する。
• 分岐モデルは低 $p_T$ で疑わしいものであり、非分岐化寄与を調べるためには正確な $p_T$ 依存の生成率測定が不可欠である。
• $f_{\bar{B}_c}/f_B$ の $p_T$ 依存性は、異なるスケール選択（$\mu_R$, $\mu_F$）に対して定性的には安定しているが、$B_c$ 生成断面積の理論的不確実性のため、定量的数値には不確実性がある。
• 再結合メカニズムは単独ではゲージ不変でないが、低 $p_T$ で顕著に寄与し、非分岐化寄与と同様に $1/p_T^6$ 的に振る舞う。