[논문 리뷰] Exclusive and semi-exclusive $\pi^{+}\pi^-$ production in proton-proton collisions at $\sqrt{s} = 7$ TeV

Y. Tu, H. Li외 2256명|arXiv (Cornell University)|2017. 01. 01.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 12인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 LHC의 CMS 실험에서 450 µb⁻¹의 데이터를 사용하여 √s = 7 TeV에서 양성자-양성자 충돌에서 배제적 및 반배제적 양성자 쌍 생성을 측정한다. 이중 양성자 단면적은 pT > 0.2 GeV/c 및 |y| < 2 조건에서 26.5 ± 0.3 (통계) ± 5.0 (시스템) ± 1.1 (광원) µb로 측정되었으며, 결과는 DPE 및 광생성 모델과 비교되었다.

ABSTRACT

A measurement is presented of the exclusive and semi-exclusive production of charged pion pairs in proton-proton collisions, $pp o p(p^{*}) + \pi^{+}\pi^- + p(p^{*})$ here the $\pi^{+}\pi^-$ pair is emitted at central rapidities, and the scattered protons stay intact (p) or diffractively dissociate $(p^{*})$ without detection. The measurement is performed with the CMS detector at the LHC, using a data sample corresponding to an integrated luminosity of 450 $\mu$b$^{-1}$ collected at a center-of-mass energy of 7 TeV. The dipion cross section, measured for single-pion transverse momentum $p_T &gt;$ 0.2 GeV/$c$ and rapidity $|y|

연구 동기 및 목표

• √s = 7 TeV에서 pp 충돌에서 양성자 쌍의 배제적 및 반배제적 생성을 측정하기 위해.
• 중앙 π⁺π⁻ 생성에서 이중 펜로몬 교환(DPE)의 기여를 연구하기 위해.
• 고에너지 데이터와의 비교를 통해 DPE 및 벡터 메손 광생성의 현상학적 모델을 시험하기 위해.
• 이중 양성자 교환 및 메손 스펙트럼 분석을 통해 이중 양성자 상태를 통해 양성자 생성 메커니즘과 메손 스펙트럼을 탐색하기 위해.

제안 방법

• LHC에서 CMS 검출기로 확보한 데이터로, √s = 7 TeV에서 누적 광원이 450 µb⁻¹이다.
• 칼로리메터에서 추가 활동이 없고, 추가 릴리즈 점이 없는 두 개의 잘 재구성된 양성자 궤적을 요구하는 이벤트 선택.
• PYTHIA 8(MBR 및 4C 튜닝), ρ-메손 광생성에 대한 STARlight, DPE 예측에 대한 DIME를 사용한 몬테카를로 시뮬레이션.
• 이중 양성자 운동량의 재구성: 상대 질량, 횡방향 운동량(pT), 그리고 각 양성자 쌍과 개별 양성자에 대한 빠르기(y).
• 시뮬레이션된 이벤트 샘플을 사용하여 검출기 수용 및 재구성 효율에 대한 보정.
• 측정된 미분 단면적을 DPE, 광생성 및 공명 모델의 예측과 비교.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 √s = 7 TeV에서 pp 충돌에서 배제적 및 반배제적 π⁺π⁻ 생성의 총 단면적은 얼마인가?
• RQ2 이중 양성자 상대 질량, pT, 빠르기의 미분 단면적은 DPE 및 광생성 모델과 어떻게 비교되는가?
• RQ3 스칼라 및 텐서 메손 공명은 이중 양성자 최종 상태에 얼마나 기여하는가?
• RQ4 현상학적 DPE 모델은 고에너지 및 낮은 이중 양성자 질량에서 데이터를 얼마나 잘 기술하는가?
• RQ5 중앙 π⁺π⁻ 시스템에서 이중 펜로몬 교환과 광자-펜로몬 융합의 상대 기여는 어떠한가?

주요 결과

• pT > 0.2 GeV/c 및 |y| < 2 조건에서 측정된 이중 양성자 단면적은 26.5 ± 0.3 (통계) ± 5.0 (시스템) ± 1.1 (광원) µb이다.
• 이중 양성자 상대 질량, pT, 빠르기 함수로서의 미분 단면적은 DPE 기반 모델과 양호한 일치를 보이며, 특히 Orear 형상요소를 사용한 DIME 생성기에서 뚜렷한 일치를 보였다.
• ρ(770) → π⁺π⁻ 광생성의 기여는 작으며, STARlight 시뮬레이션의 예측과 일치한다.
• 이중 광자 융합 기여가 큰 모델은 데이터와 부합하지 않으며, 이는 심지어 단면적이 무시할 만큼 낮을 것으로 예상되기 때문이다.
• 측정된 단면적은 이 에너지에서 배제적 및 반배제적 π⁺π⁻ 최종 상태에서 이중 펜로론 교환의 지배적 기여를 뒷받침한다.
• 결과는 펜로론의 구조에 대한 제약 조건을 제공하며, DPE를 글루볼 및 이국 메손 스펙트럼 분석의 탐색 도구로 사용하는 데 유리하다.