[논문 리뷰] Charmonium production in pp collisions with ALICE at the LHC

L. Altenkamper|arXiv (Cornell University)|2019. 01. 07.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 √s = 13 TeV에서의 pp 충돌에서 전방 랩티드에서의 포함 J/ψ 및 ψ(2S) 생성 단면적 측정 결과와 함께 중간 랩티드에서의 포함 J/ψ 극화도 및 J/ψ–하드론 상관관계 데이터를 제시한다. 결과들은 단면적에 대해 비선형 양자 chromodynamics(NRQCD) 및 FONLL 모델 예측과 양호한 일치를 보이며, 극화도 데이터는 비영이지만 작은 값을 지지한다. 또한 J/ψ–하드론 상관관계는 근측 피크에 대해 주로 비프롬프트 기여가 지배적임을 시사하며, 이는 현재 모델이 모든 관측량을 동시에 기술하는 데 어려움을 겪고 있음을 시사한다.

ABSTRACT

Charmonia, bound states of charm and anti-charm quarks, represent an interesting probe for the study of Quantum Chromodynamics (QCD) since their production involves both hard and soft energy scales. Several effective models are available to describe the production of charmonia, but so far none have been able to describe all experimental observables simultaneously. ALICE has studied the production of charmonia in different collision systems at all available LHC energies at both mid- and forward-rapidity down to zero transverse momentum. In this contribution, different measurements performed in proton--proton (pp) collisions are presented, namely $p_{ ext{T}}$-differential cross sections of inclusive J/$\psi$ and $\psi(2 ext{S})$, inclusive J/$\psi$ polarization measurements and the latest results on correlations between inclusive J/$\psi$ and unidentified charged hadrons. The results are also compared to model predictions.

연구 동기 및 목표

• LHC 에너지에서의 pp 충돌에서 포함 채론늄 생성 단면적을 측정하여 QCD 기반 모델을 검증한다.
• 전방 랩티드에서의 극화도 측정을 통해 프롬프트 채론늄 생성 메커니즘을 압축한다.
• 근측 피크의 기원을 조사하기 위해 포함 J/ψ와 미확인된 양성자 하드론 간의 상관관계를 조사한다.
• NRQCD, CSM, CEM 및 PYTHIA 8와 같은 이론 모델과의 일치성을 바탕으로 관측량 간의 일관성을 비교한다.

제안 방법

• 이온-전자 및 이온-양성자 반응에서의 이중 레이저 붕괴 채널을 이용해 J/ψ 및 ψ(2S)를 재구성하며, 중심 배럴에서의 이중 전자 및 전방 랩티드에서의 이중 뮤온 최종 상태를 사용한다.
• 트래킹 및 전자 식별을 위해 TPC와 ITS를 사용하며, 뮤온 재구성 및 트리거를 위해 뮤온 스펙트로미터와 RPC를 사용한다.
• 이중 레이저 쌍에서의 진동 질량 재구성을 통해 채론늄 신호를 추출한다.
• Collins-Soper 및 헬리시티 기준에서의 이중 뮤온 붕괴 제품의 각도 분포를 통해 극화도를 측정한다.
• 원시 트리거 수 yield를 ∆ϕ의 함수로 분석하며, 향후 작업에서 검출기 효율에 따른 보정을 수행한다.
• NRQCD(고속도에서의 CGC 포함), FONLL(비프롬프트 기여), PYTHIA 8(별도의 프롬프트/비프롬프트 기여 포함)을 사용하여 데이터를 모델 예측과 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NRQCD 및 FONLL 모델은 √s = 13 TeV에서의 pp 충돌에서 포함 J/ψ 및 ψ(2S) 단면적을 얼마나 잘 기술하는가?
• RQ2 전방 랩티드에서의 포함 J/ψ 극화도 상태는 무엇이며, 이는 프롬프트 J/ψ 생성 모델을 어떻게 제약하는가?
• RQ3 J/ψ–하드론 상관관계에서의 근측 피크는 무엇에 의해 주도되며, 이는 프롬프트인지 비프롬프트 J/ψ에 의해 지배되는가?
• RQ4 PYTHIA 8은 관측된 J/ψ–하드론 상관관계의 구조, 특히 이앙측 피크의 희석 현상을 재현할 수 있는가?
• RQ5 현재의 효과적 모델은 왜 모든 채론늄 관측량을 동시에 기술하지 못하는가?

주요 결과

• √s = 13 TeV에서의 전방 랩티드 pp 충돌에서의 포함 J/ψ 및 ψ(2S) 단면적은 각각 프롬프트 및 비프롬프트 기여에 대해 NRQCD(고속도에서의 CGC 포함)와 FONLL 모델 예측의 합과 양호한 일치를 보인다.
• √s = 8 TeV에서의 포함 J/ψ 극화도는 극화가 없음을 지지하며, CSM 및 NRQCD 예측 사이에 위치해 있어 프롬프트 J/ψ에 대한 정밀한 이론 모델링이 필요함을 시사한다.
• √s = 13 TeV에서의 중간 랩티드 pp 충돌에서 J/ψ–하드론 상관관계에는 근측 피크가 관측되었으며, |∆η| < 0.2의 강한 조건으로 인해 이앙측 피크는 희석되었다.
• PYTHIA 8과의 비교에서 근측 상관관계는 주로 비프롬프트 J/ψ 기여에 의해 주도됨을 보여주며, B-하드론 붕괴 생성물 또는 분열 기여가 있을 가능성을 시사한다.
• 데이터는 현재 모델이 단면적, 극화도, 상관관계 관측량을 동시에 기술하는 데 어려움을 겪고 있음을 시사하며, 향후 개선된 이론 프레임워크의 필요성을 강조한다.
• 초기 결과는 향후 프롬프트 J/ψ–하드론 상관관계 측정이 모델 예측을 추가로 제약할 수 있음을 시사한다.