[논문 리뷰] Central Exclusive Production at LHCb

R. McNulty|arXiv (Cornell University)|2015. 11. 23.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 15인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 LHCb가 √s = 7 및 8 TeV에서 중앙 배제 생성(Central Exclusive Production, CEP)을 이용해 케이론의 중간보 및 바텀온의 첫 번째 측정 결과를 제시한다. 이는 빠르기 갭과 낮은 입자 수를 특징으로 하는 이중 뮤온 최종 상태를 사용한 것이다. J/ψ, ψ(2S), Υ 상태에 대한 배제적 단면적을 보고하며, J/ψ J/ψ 쌍 생성은 58 ± 10 pb로 관측되어 이중 폼프론 교환과 일치하며, 저x 영역의 글루온 PDF 제약을 제공한다.

ABSTRACT

Central Exclusive Production is a unique QCD process in which particles are produced via colourless propagators. Several results have been obtained at LHCb for the production of single charmonia, pairs of charmonia, and single bottomonia.

연구 동기 및 목표

• LHCb 검출기로 케이론의 중간보 및 바텀온 상태에 대한 중앙 배제 생성(Central Exclusive Production, CEP) 단면적을 측정하기 위해.
• 빠르기 갭, 낮은 양성자 수, 그리고 배제적 이중 뮤온 최종 상태를 통해 CEP 이벤트를 식별하기 위해.
• J/ψ, ψ(2S), Υ(1S), Υ(2S), Υ(3S) 상태에 대한 배제적 단면적을 추출하며, J/ψ J/ψ 및 J/ψψ(2S) 쌍 생성을 포함하기 위해.
• 주로 1차 및 약간의 1계 상위 순서(QCD) 예측과 HERA 데이터를 비교하기 위해.
• CEP가 바텀온에 대해 저x 영역의 글루온 부분자 분포 함수(PDF) 제약을 제공할 잠재력을 평가하기 위해.

제안 방법

• LHCb의 트래킹, 칼로리미터, 입자 식별 기능을 사용하여 2 < η < 5 범위에서 pT > 400 MeV/c인 이중 뮤온 트리거를 통해 CEP 이벤트를 선별하고, 총 양성자 수 < 10을 조건으로 한다.
• 후방 영역(−3.5 < η < −1.5)에 위치한 실리콘 스트립 트래커를 사용하여 빠르기 갭 금지 조건을 적용하여 비배제적 이벤트를 억제한다.
• 이중 뮤온 쌍의 진동 질량 재구성 방법을 사용하여 J/ψ, ψ(2S), Υ 상태를 식별하고, 질량 창을 알려진 값에 맞춘다.
• 비공명 QED 배경을 지수 함수로 모델링하고, χc 및 χb 상태에서의 피드다운 기여도를 추정한다.
• 두 개의 지수 함수를 사용하여 t-분포(≈ pT²)를 피팅하여 배제적(Central Exclusive Production, CEP)과 비탄성 양성자 분해 기여도를 분리한다.
• 태그-프로브 기법을 사용하여 검출기 효율을 보정하고, 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 수용율을 보정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 √s = 7 TeV에서 J/ψ 및 ψ(2S) 메손에 대한 중앙 배제 생성(Central Exclusive Production, CEP)의 배제적 생성 단면적은 얼마인가요?
• RQ2 Υ(1S) 상태는 어느 정도의 비율로 CEP에서 배제적으로 생성되며, 이는 예측과 HERA 데이터와 어떻게 비교될 수 있나요?
• RQ3 J/ψ J/ψ 및 J/ψψ(2S) 쌍 생성의 CEP에서의 단면적은 얼마이며, 이 중 이중 폼프론 교환과 일치하는 비율은 얼마입니까?
• RQ4 빠르기 함수에 따른 미분 단면적은 주로 1차 및 약간의 1계 상위 순서(QCD) 예측과 어떻게 비교될 수 있나요?
• RQ5 바텀온의 CEP는 저x 영역의 글루온 PDF 제약을 제공할 수 있으며, 이는 다양한 실험 간의 광생성 단면적과 어떻게 비교될 수 있나요?

주요 결과

• 2 < ημ, yJ/ψ < 4.5의 운동역학적 영역에서 배제적 J/ψ 생성 단면적(σ(pp → pJ/ψp) × BR(J/ψ → μμ))은 291 ± 7 ± 19 pb로 측정되었다.
• J/ψ의 배제적 비율은 (59.2 ± 1.2)%이며, ψ(2S)의 경우 (52 ± 7)%로 CEP 기여가 뚜렷하게 나타난다.
• 바텀온의 경우, Υ(1S)의 배제적 비율은 (54 ± 11)%로 총 Υ 수확량의 약 1/3이 CEP에 기인함을 시사한다.
• J/ψ J/ψ 쌍 생성 단면적은 58 ± 10 ± 6 pb로 측정되었으며, 네 뮤온 최종 상태에서 37개의 후보가 관측되었다.
• J/ψ J/ψ의 미분 단면적은 약간의 NLO 예측과 양호한 일치를 보이며, LO 대비 NLO가 더 우월한 선호도를 보였다.
• 도출된 Υ(1S)의 광생성 단면적은 HERA 결과와 일치하며, CEP가 저x 영역의 글루온 PDF를 탐색하는 데 유용하다는 것을 뒷받침한다.