[논문 리뷰] Improving the J/psi Production Baseline at RHIC and the LHC

R. Vogt, R. Nelson외 1명|arXiv (Cornell University)|2012. 07. 30.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 5인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 고정표적, PHENIX 및 STAR 데이터에 대한 피팅을 통해 J/ψ 생성의 이론적 기준선을 뉴크론 충돌기에서 RHIC와 LHC에서 향상시켰으며, 색 상실 모형(Colour Evaporation Model)의 불확실성을 감소시켰다. 중심 매개변수(mc = 1.27 GeV, μF/m = 2.1, μR/m = 1.6)는 J/ψ 단면적에 대해 제약된 불확실성 밴드를 제공하며, 에너지 및 운동량 분포 전반에서 LHC 및 RHIC 데이터와 양호한 일치를 보인다.

ABSTRACT

We assess the theoretical uncertainties on the inclusive J/psi production cross section in the Color Evaporation Model (CEM) using values for the charm quark mass, renormalization and factorization scales obtained from a fit to the charm production data. We use our new results to provide improved baseline comparison calculations at RHIC and the LHC. We also study cold matter effects on J/psi production at leading relative to next-to-leading order in the CEM within this approach.

연구 동기 및 목표

• 색 상실 모형에서 척도 및 질량 매개변수를 제약하여 RHIC 및 LHC에서의 포함형 J/ψ 생성 단면적의 이론적 불확실성을 감소시키는 것.
• 고정표적 및 충돌기 데이터를 기반으로 한 물리적으로 타당하고 데이터 기반의 캐러머 쿼크 질량 및 분할/재규격화 척도 매개변수 세트를 제공하는 것.
• 캐러머 생성 피팅에서 유도된 불확실성을 J/ψ 생성 단면적 계산에 전파하여 J/ψ 생성의 불확실성을 정량화하는 것.
• 색 상실 모형 프레임워크 내에서 선형 및 1차 보정 차수에서 냉각 핵물질의 영향을 평가하는 것.
• 개방 캐러머 생성과 일관된 매개변수를 사용하여 색 상실 모형에서 J/ψ 생성에 대한 첫 번째 불확실성 밴드를 수립하는 것.

제안 방법

• 고정표적 실험(250–920 GeV)의 총 캐러머 생성 데이터와 √s = 200 GeV에서의 PHENIX 및 STAR 데이터에 대한 피팅을 수행하여 캐러머 쿼크 질량 및 분할/재규격화 척도의 최적 값을 도출하였다.
• 캐러머 쿼크 질량는 라티스 QCD의 ¯MS 체계에서 PDG 값 1.27 GeV(불확실성 1.18–1.36 GeV)로 설정하였다.
• χ²/dof 등고선을 사용하여 척도 매개변수 μF/m 및 μR/m의 1-σ 및 2-σ 불확실성을 결정하였으며, Δχ²/dof = 1은 1-σ를, Δχ²/dof = 2.3은 전체 불확실성 밴드를 정의하였다.
• 동일한 피팅된 매개변수(mc = 1.27 GeV, μF/m = 2.1, μR/m = 1.6)를 색 상실 모형에서 J/ψ 생성에 적용하였으며, 정규화 인자 FC는 경량 표적에 대한 전방 J/ψ 데이터로부터 도출되었다.
• 질량 및 척도 변화를 제곱근 합으로 조합하여 J/ψ 단면적의 불확실성 밴드를 구성하였으며, 극단적 매개변수 조합의 최외곽선을 사용하였다.
• 냉각 핵물질 효과는 CEM에서 선형 및 1차 보정 차수에서 연구되었으며, R_dAu 비율은 EPS09 핵물질 PDF 세트와 척도 변화를 사용하여 계산되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 RHIC 및 LHC에서 포함형 J/ψ 생성의 이론적 불확실성을 최소화하는 데 최적의 캐러머 쿼크 질량 및 분할/재규격화 척도 값은 무엇인가?
• RQ2 척도 및 질량 매개변수의 불확실성이 색 상실 모형에서 J/ψ 생성 단면적에 어떻게 전파되는가?
• RQ3 냉각 핵물질 효과가 RHIC 및 LHC에서 J/ψ 생성에 미치는 영향은 어느 정도이며, 척도 불확실성과 비교해 볼 때 어떻게 되는가?
• RQ4 개방 캐러머 생성에서 유도된 일관된 매개변수 세트를 사용하여 신뢰할 수 있는 불확실성과 함께 J/ψ 생성을 예측할 수 있는가?
• RQ5 결과로 도출된 J/ψ 단면적 및 분포는 RHIC 및 LHC의 실험 데이터와 얼마나 잘 일치하는가?

주요 결과

• 최적 피팅 매개변수로 mc = 1.27 GeV, μF/m = 2.1, μR/m = 1.6를 확정하였으며, 1-σ 불확실성은 각각 μF/m = 2.1+2.55/-0.85 및 μR/m = 1.6+0.11/-0.12이다.
• 총 J/ψ 단면적의 불확실성 밴드는 주로 척도 및 질량 변화에 의해 제한되며, 극단적 조합 (H,L) 및 (L,H)는 중심 불확실성 밴드보다 약간 더 넓은 영향을 미친다.
• √s = 7 TeV 및 2.76 TeV에서 계산된 J/ψ 빠르기 분포는 ALICE 데이터와 양호한 일치를 보이며, 중간 빠르기 지점은 중심 계산값보다 略로 높게 나타난다.
• 전방 J/ψ 생성(2.5 < y < 4)의 pT 분포는 ALICE 데이터와 잘 일치하지만, 저에너지 pT에서의 전환점은 약간 과대 예측된다.
• RHIC에서의 R_dAu 불확실성은 이제 척도 불확실성보다 핵물질 PDF 변화(EPS09 세트)에 의해 주로 결정되며, 이는 이론적 불확실성의 상당한 감소를 시사한다.
• 동일한 매개변수 세트는 RHIC 및 LHC에서의 단일 뮤온 스펙트럼과도 양호한 일치를 보이며, 접근법의 일관성을 검증한다.