[論文レビュー] Two-particle Bose-Einstein correlations in pp collisions at ${\sqrt{s} = 13}$ TeV measured with the ATLAS detector at the LHC

ATLAS Collaboration|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、ATLAS検出器を用いて、√s = 13 TeV の pp 衝突において、高多重度トリガーを用いた低光度データを用いて、同符号の荷電粒子対の2粒子ボーズ＝アインシュタイン相関を測定した。その結果、多重度が100を超える高多重度領域において、相関関数の源半径が飽和し、粒子対の横運動量に依存せず一定となることが判明した。これは、低エネルギー領域で先行して観測された現象を13 TeVでも確認した結果である。

ABSTRACT

This paper presents studies of Bose-Einstein correlations (BEC) in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 13 TeV, using data from the ATLAS detector at the CERN Large Hadron Collider. Data were collected in a special low-luminosity configuration with a minimum-bias trigger and a high-multiplicity track trigger, accumulating integrated luminosities of 151 $μ$b$^{-1}$ and 8.4 nb$^{-1}$ respectively. The BEC are measured for pairs of like-sign charged particles, each with $|η|$ < 2.5, for two kinematic ranges: the first with particle $p_T$ > 100 MeV and the second with particle $p_T$ > 500 MeV. The BEC parameters, characterizing the source radius and particle correlation strength, are investigated as functions of charged-particle multiplicity (up to 300) and average transverse momentum of the pair (up to 1.5 GeV). The double-differential dependence on charged-particle multiplicity and average transverse momentum of the pair is also studied. The BEC radius is found to be independent of the charged-particle multiplicity for high charged-particle multiplicity (above 100), confirming a previous observation at lower energy. This saturation occurs independent of the transverse momentum of the pair.

研究の動機と目的

• √s = 13 TeV における高多重度プロトン-プロトン衝突におけるボーズ＝アインシュタイン相関（BEC）を調査すること。
• 荷電粒子多重度および粒子対の横運動量に依存するBECパラメータ（源半径および相関強度）の依存性を検討すること。
• 低エネルギー領域で観測された高多重度におけるBEC源半径の飽和現象が、13 TeVでも成立するかどうかを検証すること。
• 多重度および平均粒子対横運動量の両方に依存する二重微分的依存性を調査すること。
• 統合光度151 μb⁻¹および8.4 nb⁻¹を用いて、高多重度領域におけるBECパラメータの高精度な測定を提供すること。

提案手法

• データは、低光度LHC設定下で最小バイアストリガーおよび高多重度トラックトリガーを用いて収集された。
• 同符号の荷電粒子対は、|η| < 2.5 および横運動量のしきい値100 MeVおよび500 MeVを満たすもので選別された。
• 粒子対の相対運動量分布を分析することで、ボーズ＝アインシュタイン相関関数が抽出された。
• ガウス源モデルを用いたフィットにより、源半径および相関強度が抽出された。
• 荷電粒子多重度（最大300）および平均粒子対横運動量（最大1.5 GeV）に依存するBECパラメータの系統的分析が行われた。
• 多重度および粒子対横運動量の両方に依存する二重微分的解析が実施された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 13 TeV における pp 衝突において、ボーズ＝アインシュタイン相関源半径は荷電粒子多重度にどのように依存するか？
• RQ2 高多重度領域におけるBEC源半径の飽和現象が13 TeVでも観測され、低エネルギー領域での先行結果と整合的であるか？
• RQ3 粒子対の横運動量は、さまざまな多重度領域におけるBECパラメータにどのように影響するか？
• RQ4 源半径は、多重度および平均粒子対横運動量の両方にどのように二重微分的依存性を示すか？
• RQ5 相関強度は、高多重度イベントにおいて多重度および横運動量に系統的変動を示すか？

主な発見

• 多重度が100を超える領域では、BEC源半径が荷電粒子多重度に依存せず一定に保たれる。
• この源半径の飽和は、粒子対の横運動量にかかわらず観測された。
• この結果は、低エネルギー領域で先行して観測された挙動を確認し、13 TeVでも有効であることを示した。
• 相関強度および源半径は、低多重度領域では粒子対の平均横運動量に依存することが判明した。
• 統合光度151 μb⁻¹および8.4 nb⁻¹を用いた測定により、高多重度解析に十分な統計的精度が得られた。
• 二重微分的解析により、すべての粒子対横運動量範囲で、高多重度領域において源半径が安定化する一貫したパターンが明らかになった。