[論文レビュー] Tsallis Fits to pT Spectra and Relativistic Hard Scattering in pp Collisions at LHC

Cheuk-Yin Wong, G. Wilk|arXiv (Cornell University)|May 12, 2013

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、LHCにおけるpp衝突の横運動量（pT）スペクトルのフィッティングに用いられるTsallis分布の自由度が少ない理由が、相対論的パートン-パートンのハード散乱に起因するかどうかを調査している。両者とも高pT領域でパワー則的挙動を示すが、はっきりと、ハドロンのパワー指数nはn > 4–5である一方、ジェットのnはn ≈ 4–5であるため、パートンショーワーイングとフラグメンテーションの背後にあるダイナミクスに相違があることが示唆される。

ABSTRACT

Phenomenological Tsallis fits to the CMS, ATLAS, and ALICE transverse momentum spectra of hadrons for $pp$ collisions at LHC were recently found to extend over a large range of the transverse momentum. We investigate whether the few degrees of freedom in the Tsallis parametrization may arising from the relativistic parton-parton hard-scattering and related processes. The effects of the multiple hard-scattering and parton showering processes on the power law are discussed. We find empirically that whereas the transverse spectra of both hadrons and jets exhibit power-law behavior of 1/pT^n at high pT, the power indices $n$ for hadrons are systematically greater than those for jets, for which n~4-5.

研究の動機と目的

• TsallisパラメータズーションがpTスペクトルに適用される際の自由度の少なさが、相対論的パートン-パートンハード散乱に起因するかどうかを特定すること。
• 複数のハード散乱およびパートンショーワーイングが、pTスペクトルの観察されたパワー則的挙動に与える影響を検討すること。
• 高横運動量領域におけるハドロンとジェットの1/pT^n形式のパワー指数nを比較すること。
• Tsallisフィットがデータをうまく記述できる理由が、QCDに基づくパートンダイナミクスによって物理的に解釈可能かどうかを評価すること。

提案手法

• LHCエネルギー下でのpp衝突からのCMS、ATLAS、ALICE実験の横運動量スペクトルに、現象論的Tsallis分布を適用すること。
• ハドロンおよびジェットのpTスペクトルの高pT領域を分析し、1/pT^n形式のパワー則的挙動を抽出すること。
• ハドロンとジェットの抽出されたパワー指数nを比較し、系統的な差を特定すること。
• 複数のハード散乱およびパートンショーワーイングが観察されたパワー則的テイルを形作る役割を評価すること。
• 実験データへの経験的フィットを用いて、基礎となるパートオン過程に制約を引き出すこと。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 pp衝突のpTスペクトルにおけるTsallis分布のパラメータは、相対論的パートン-パートンハード散乱によって説明可能か？
• RQ2 複数のハード散乱およびパートンショーワーイングは、高pTスペクトルの観察されたパワー則的挙動にどのように影響を与えるか？
• RQ3 なぜ高pT領域においてハドロンのパワー指数nがジェットよりも系統的に大きいのか？
• RQ4 TsallisフィットがQCDに基づくパートオンダイナミクスに起因すると解釈できる範囲はどの程度か？

主な発見

• Tsallisパラメータズーションは、広いpT範囲にわたり、pp衝突におけるハドロンの横運動量スペクトルをうまく記述している。
• ハドロンとジェットの両方が高pT領域でパワー則的挙動を示し、1/pT^nの形を取る。
• パワー指数nは、ハドロンの方がジェットよりも系統的に大きい。ジェットではn ≈ 4–5である。
• 観察されたnの差異は、ハドロン生成とジェット生成におけるパートンショーワーイングとフラグメンテーション過程の寄与が異なることを示唆している。