[논문 리뷰] Measurement of J/ψ production in p + p collisions at s=500 GeV at STAR experiment

Rongrong Ma|arXiv (Cornell University)|2016. 07. 01.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 12인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 STAR 실험을 통해 √s = 500 GeV에서 p + p 충돌에서의 포함 J/ψ 생성을 처음으로 측정하였으며, 중간 라피디티에서 전단 운동량(pT > 4 GeV/c)에 초점을 맞추었다. 이는 사고 다중도가 증가함에 따라 J/ψ 수확량이 강하게 pT에 의존하는 증가를 보이며, 원자핵 충돌 이외의 기본 입자 충돌에서도 중요한 최종 상태 효과가 존재함을 시사한다.

ABSTRACT

Abstract Quarkonium measurements in heavy-ion collisions play an essential role in understanding the hot, dense medium created in such collisions. As a reference, their production mechanism in p + p collisions needs to be thoroughly understood. In this paper, we report the measurement of inclusive cross section of J / ψ with transverse momentum (pT) above 4 GeV/c at mid-rapidity in p + p collisions at s = 500 GeV by the STAR experiment. The ratio of the yield of ψ ( 2 S ) to J / ψ integrated over 4 p T 12 GeV / c is also presented. Furthermore, the J / ψ yields are studied in different event multiplicity bins in different J / ψ pT regions, where the low pT measurement is enabled by the newly installed Muon Telescope Detector. A strong increase of the relative J / ψ yield with the event multiplicity is observed for all pT with significant pT dependence.

연구 동기 및 목표

• 중간 라피디티에서 √s = 500 GeV에서 p + p 충돌에서의 쿼크onium 생성 기반선을 확립하여 중간 원자핵 연구의 기초 자료로 삼기 위해.
• STAR 실험을 이용하여 pT > 4 GeV/c 범위에서의 포함 J/ψ 단면적을 측정하기 위해.
• pT 범위 4–12 GeV/c에서 ψ(2S) 대 J/ψ 수확량 비율을 연구하기 위해.
• 다양한 pT 영역에서 J/ψ 수확량이 사고 다중도와 어떻게 스케일링되는지 조사하기 위해.
• 최근 설치된 뮤온 탐지기 진동계를 통해 저pT J/ψ 측정을 가능하게 하기 위해.

제안 방법

• RHIC에서의 STAR 실험을 활용하여 √s = 500 GeV에서의 p + p 충돌 데이터를 수집하였다.
• 저pT 접근성을 확보하기 위해 뮤온 탐지기 진동계를 사용하여 J/ψ가 뮤온 쌍(μ⁺μ⁻)으로 붕괴하는 방식으로 J/ψ를 측정하였다.
• 운동량 재구성 및 진동 질량 분석을 적용하여 J/ψ 및 ψ(2S) 신호를 식별하였다.
• 사고 다중도 및 pT로 사건을 분할하여 이 변수들에 따른 J/ψ 수확량 의존성을 연구하였다.
• pT > 4 GeV/c 범위에서 J/ψ 생성의 포함 단면적을 계산하였다.
• 4 < pT < 12 GeV/c 범위에서 통합된 ψ(2S)/J/ψ 수확량 비율을 계산하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 √s = 500 GeV에서 p + p 충돌에서 중간 라피디티에서 pT > 4 GeV/c 조건에서 포함 J/ψ 생성 단면적은 얼마인가?
• RQ2 이 에너지에서 pT 범위 4–12 GeV/c에서 ψ(2S) 대 J/ψ 수확량 비율은 어떻게 변화하는가?
• RQ3 다양한 pT 영역에서 J/ψ 수확량은 사고 다중도와 어떻게 스케일링되는가?
• RQ4 J/ψ 수확량의 다중도 스케일링에 대해 유의미한 pT 의존성이 존재하는가?
• RQ5 새로 설치된 뮤온 탐지기 진동계는 어느 정도 저pT J/ψ 측정을 가능하게 하는가?

주요 결과

• 중간 라피디티에서 √s = 500 GeV에서 p + p 충돌에서 pT > 4 GeV/c 조건에서 포함 J/ψ 생성 단면적이 측정되었다.
• pT 범위 4–12 GeV/c에서 ψ(2S)/J/ψ 수확량 비율이 측정되고 보고되었다.
• 모든 pT 영역에서 사고 다중도 증가에 따라 상대적 J/ψ 수확량이 강하게 증가하는 것이 관측되었다.
• J/ψ 수확량의 다중도 의존성은 유의미한 pT 의존성을 보이며, 저pT 영역에서 더 급격한 증가가 관측되었다.
• 최근 설치된 뮤온 탐지기 진동계 덕분에 이 에너지 영역에서 처음으로 저pT J/ψ 측정이 가능해졌다.
• 결과들은 기본적인 p + p 충돌에서도 비정상적인 최종 상태 효과 또는 다중 산란 기여가 존재할 가능성을 시사한다.