[論文レビュー] Underlying-event properties in pp and p$-$Pb collisions at $\sqrt{s_{ m NN}} = 5.02$ TeV

ALICE Collaboration|arXiv (Cornell University)|Apr 21, 2022

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、√sNN = 5.02 TeV の pp および p–Pb 衝突において、励起粒子（leading particle）に対して相対する3つの方位角領域（向かって、横断、反対側）における荷電粒子密度を用いて、基礎的出来事（UE）の性質を測定した。UE 活動は、両システムにおいて ptrig_T ≈ 5 GeV/c で横断領域で飽和し、UE 捕捉後に pp および p–Pb でジャケット的活動が 10 GeV/c 以上で一致することがわかった。PYTHIA 8/Monash および EPOS LHC モデルは、特に横断領域でデータと異なる程度の一致を示した。

ABSTRACT

We report about the properties of the underlying event measured with ALICE at the LHC in pp and p$-$Pb collisions at $\sqrt{s_{ m NN}}=5.02$ TeV. The event activity, quantified by charged-particle number and summed-$p_{ m T}$ densities, is measured as a function of the leading-particle transverse momentum ($p_{ m T}^{ m trig}$). These quantities are studied in three azimuthal-angle regions relative to the leading particle in the event: toward, away, and transverse. Results are presented for three different $p_{ m T}$ thresholds (0.15, 0.5, and 1 GeV/$c$) at mid-pseudorapidity ($|η|<0.8$). The event activity in the transverse region, which is the most sensitive to the underlying event, exhibits similar behaviour in both pp and p$-$Pb collisions, namely, a steep increase with $p_{ m T}^{ m trig}$ for low $p_{ m T}^{ m trig}$, followed by a saturation at $p_{ m T}^{ m trig} \approx 5$ GeV/$c$. The results from pp collisions are compared with existing measurements at other centre-of-mass energies. The quantities in the toward and away regions are also analyzed after the subtraction of the contribution measured in the transverse region. The remaining jet-like particle densities are consistent in pp and p$-$Pb collisions for $p_{ m T}^{ m trig}>10$ GeV/$c$, whereas for lower $p_{ m T}^{ m trig}$ values the event activity is slightly higher in p$-$Pb than in pp collisions. The measurements are compared with predictions from the PYTHIA 8 and EPOS LHC Monte Carlo event generators.

研究の動機と目的

• √sNN = 5.02 TeV の高多重度 pp および p–Pb 衝突における基礎的出来事（UE）構造を調査すること。
• 異なるシステム（pp 対 p–Pb）における UE 活動を比較し、複数のパートン相互作用および集団的効果のシステムサイズ依存性を調べること。
• 横断領域からの UE 評価を差し引くことでジャケット的寄与を分離し、異なる衝突システムにおけるジャケット断片化を直接比較可能にする。
• PYTHIA 8/Monash および EPOS LHC イベントジェネレータが、小スケールシステムにおける UE およびジャケット的粒子生成をどの程度適切に記述できるかを検証すること。

提案手法

• 各イベントにおける励起荷電粒子（ptrig_T）をトリガ粒子として特定する。
• 関連粒子を3つの方位角領域に分類する：トリガに対して向かって（|Δϕ| < 60°）、横断（60° < |Δϕ| < 120°）、反対側（|Δϕ| > 120°）。
• pT しきい値 0.15、0.5、1 GeV/c の3つに対して、各領域における荷電粒子多重度および総和 pT 密度を測定する。
• 横断領域からの推定 UE 捕捉を用い、向かっておよび反対側領域から差し引くことでジャケット的活動を分離する。
• 同じ √sNN = 5.02 TeV における pp および p–Pb 衝突の結果を比較し、PYTHIA 8/Monash および EPOS LHC イベントジェネレータの予測と照合する。
• 中間ピーソラピード（|η| < 0.8）を用いて、一貫した検出器受容範囲を確保し、非一様性の影響を低減する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √sNN = 5.02 TeV の pp および p–Pb 衝突において、ptrig_T の増加に伴い、横断領域における基礎的出来事（UE）活動はどのように変化するか？
• RQ2 横断領域からの UE 捕捉を差し引いた後、pp および p–Pb 衝突の向かっておよび反対側領域におけるジャケット的粒子密度はどの程度乖離するか？
• RQ3 システムサイズ（pp 対 p–Pb）が低 ptrig_T におけるジャケット的活動に影響を与えるか。その場合、どのような影響が見られるか？
• RQ4 PYTHIA 8/Monash および EPOS LHC イベントジェネレータは、5.02 TeV の小スケールシステムにおける測定された UE およびジャケット的粒子密度をどの程度適切に記述できるか？
• RQ5 ptrig_T ≈ 5 GeV/c で UE 活動が飽和するという事実から、横断領域に集団的挙動や色再結合効果の兆候が見られるか？

主な発見

• 横断領域における UE 活動は、低値（< 5 GeV/c）で急激に増加し、両システムの pp および p–Pb 衝突で ptrig_T ≈ 5 GeV/c で飽和する。
• ptrig_T > 10 GeV/c の領域では、横断領域からの UE 捕捉を差し引いた後、向かっておよび反対側領域におけるジャケット的粒子密度は、pp および p–Pb 衝突で一貫している。
• ptrig_T < 10 GeV/c の領域では、p–Pb 衝突の方が pp 衝突よりもやや活動が高いため、p–Pb では複数のパートン相互作用や色再結合効果が強化されている可能性がある。
• PYTHIA 8/Monash ジェネレータは低 ptrig_T における横断領域 UE 活動を合理的に再現するが、飽和プラトーを過小評価している。一方、EPOS LHC はプラトー領域でデータとより良い一致を示す。
• EPOS LHC ジェネレータは、特に低 ptrig_T において観測値よりも高い横断領域 UE 活動を予測している。一方、PYTHIA 8/Angantyr は PYTHIA 8/Monash よりも p–Pb データと改善された一致を示している。
• 本研究は、横断領域が UE 動態に対して最も感受性が高く、その挙動は高 pT トリガが小衝突パラメータの中心衝突を選択するインパクトパラメータバイアスモデルを支持していることを確認した。