[論文レビュー] Toward an effective centrality trigger in pp collisions at LHC

H. J. Drescher, M. Strikman|ArXiv.org|Dec 19, 2007

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、LHCにおけるpp衝突において、重イオン衝突と同様の高グルーオン密度効果を研究するためのセンター性トリガーを提案する。特に、xF > 0.1 である先行バリオンを遮断することで、特に片側または両側のトリガーを用いることにより、小径の衝突パラメータ（⟨b⟩ ≈ 0.6 fm）のイベントが選別される。この領域では、飽和スケールのグルーオン場が強い横方向運動量の広がりと中央ラピディティに向けたエネルギー流動の増大を引き起こし、pp衝突においてブラックディスク領域の力学にアクセス可能となる。

ABSTRACT

We investigate the impact of very strong small x gluon fields in colliding nucleons at LHC energies on the interaction of valence quarks. We find that in the range of small impact parameters, which contribute significantly to the production of heavy new particles, several of the valence quarks receive large transverse momenta, exceeding 1 GeV/c. This results in a suppression of leading baryon production and consequently in an additional energy flow to smaller rapidities. We suggest several triggers for centrality in pp collisions which allow one to study the propagation of partons through gluon fields of a strength comparable to the ones encountered in heavy ion collisions at the LHC.

研究の動機と目的

• LHCにおけるpp衝突で、重イオン衝突と同等の衝突パラメータを有するセンター性イベントを効果的に選別するトリガーを開発すること。
• 小xグルーオン場の強い効果が予想されるpp衝突において、重イオン衝突と類似した飽和効果を研究可能にする。
• 高グルーオン密度が先行バリオン生成をどれほど抑制し、中央ラピディティへのエネルギー流動を増大させるかを定量化すること。
• 特にxF > 0.1 のバリオン遮断トリガーが、高グルーオン密度および飽和スケールの力学を有するイベントを隔離する可能性を評価すること。
• ダブルジェットと遮断トリガーを組み合わせた場合、センター性選別における衝突パラメータ分布の狭さを評価すること。

提案手法

• 小xにおけるヌクレオン内のグルーオン密度と飽和スケールQsをモデル化するため、カラーレイシングコンデンサート（CGC）フレームワークを用い、指数関数的横断面分布を仮定する。
• プロジェクタイルヌクレオン内のバリオンクォーク位置を、⟨ρ²⟩ ≈ 0.3 fm² の無相関ガウス分布でモデル化し、軸対称ヌクレオン形因子に一致させる。
• ターゲットヌクレオンからの各横断距離ρにおける局所的グルーオン密度を推定し、飽和スケールQs(ρ)を用いてハード相互作用の確率を計算する。
• Qs²を主要な入力パrameterとして、xBおよびρ分布に基づくリジェクションサンプリングを適用してイベントを選別する。
• 片側または両側のフラグメンテーション領域でxF > 0.1 である先行バリオンを遮断するトリガーを提案し、小b衝突を効果的に選別する。
• ダブルジェットトリガーとバリオン遮断トリガーを組み合わせることで、衝突パラメータ分布をさらに狭め、センター性選別を強化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 xF > 0.1 におけるバリオン遮断トリガーが、重イオン衝突の中心部と同等の小衝突パラメータを持つpp衝突を効果的に選別できるか？
• RQ2 強い小xグルーオン場の影響により、センター性pp衝突における先行バリオン生成がどの程度抑制されるか？
• RQ3 グルーオン場の効果により、一般の非弾性イベントと比較して、センター性pp衝突における中央ラピディティへのエネルギー流動はどのように変化するか？
• RQ4 ダブルジェットと遮断トリガーを組み合わせることで、pp衝突におけるセンター性分解能がどの程度向上するか？
• RQ5 遮断トリガーで選別されたセンター性pp衝突イベントにおいて、パートオンが遭遇する平均グルーオン密度は何か？また、RHICおよびLHCの重イオン衝突と比較するとどうなるか？

主な発見

• 片側遮断（xF > 0.1）では、標準的なダブルジェットトリガーと同等のセンター性分布が得られ、⟨b⟩ ≈ 0.6 fm のイベントが選別される。
• 両側遮断（xF > 0.1）では、最も狭い衝突パラメータ分布が得られ、センター性分解能が顕著に向上する。
• ダブルジェットとバリオン遮断トリガーの組み合わせにより、⟨b⟩分布が最も狭くなり、理論的限界⟨ρtr⟩ ≈ ⟨ρ⟩（ppまたはDISにおける最小平均衝突パラメータ）に近づく。
• ダブルジェットトリガーイベントの16%では、どちらのフラグメンテーション領域にもxF ≥ 0.1 である先行バリオンが生成されない一方、一般の非弾性イベントでは8%にとどまる。これは、中央ラピディティへのエネルギー流動が増大していることを示唆する。
• 遮断トリガーで選別されたセンター性pp衝突イベントにおける平均グルーオン密度は、RHICの中心部pA衝突（pt ≤ 1.5 GeV/cでBDRが成立）を上回り、LHCの重イオン衝突における平均密度のおよそ半分に達する。
• モデルは、高グルーオン場の影響により、センター性pp衝突でパートオンの横方向運動量が広がり、多重度のフラクチュエーションが顕著に増大することを予測する。これらの効果は、ZボソンpT分布や楕円流動に観測可能である。