[논문 리뷰] Measurement of jpsi production in p+p collisions at \sqrts = 500 GeV at STAR experiment

Rongrong Ma|arXiv (Cornell University)|2015. 09. 22.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 12인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 RHIC의 STAR 실험을 통해 √s = 500 GeV에서의 p+p 충돌에서 처음으로 포함형 J/ψ 생성을 측정한 것으로, 이중 전자 및 이중 뮤온 붕괴 채널을 모두 사용하였다. 이는 사고 다중도가 증가함에 따라 pT에 따라 변화하는 강력한 J/ψ 수확량 증가를 보여주며, LHC 데이터와 일치하고 다양한 에너지에서의 보편적 행동을 시사한다. 또한 PYTHIA8 및 퍼콜레이션 모델 예측과도 양호한 일치를 보였다.

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 jpsi with transverse momentum (pT) above 4 GeV/c at mid-rapidity in p+p collisions at \sqrts = 500 GeV by the STAR experiment. The ratio of the yield of psi(2S) to jpsi integrated over 4 < pT < 12 GeV/c is also presented. Furthermore, the jpsi yields are studied in different event multiplicity bins in different jpsi pT regions, where the low pT measurement is enabled by the newly installed Muon Telescope Detector. A strong increase of the relative jpsi yield with the event multiplicity is observed for all pT with significant pT dependence.

연구 동기 및 목표

• √s = 500 GeV에서 p+p 충돌에서 중간 랩티드성 영역에서의 포함형 J/ψ 미분 단면적을 측정하기 위해.
• 4 < pT < 12 GeV/c 범위에서 ψ(2S) 대 J/ψ 수확량 비율이 pT에 따라 어떻게 변화하는지 연구하기 위해.
• 다양한 pT 영역에서 사고 활성도(다중도)에 따른 J/ψ 수확량 의존성을 조사하기 위해.
• 관측된 J/ψ 수확량 증가 현상이 PYTHIA8 및 퍼콜레이션 모델과 같은 이론 모델에 얼마나 잘 부합하는지 비교하기 위해.
• 중간입자 충돌에서 J/ψ 생성을 해석하기 위한 기초 자료를 제공하기 위해.

제안 방법

• 이중 전자 채널은 2.7–3.3 GeV/c² 범위에서 e+e− 쌍의 진동 질량 재구성 방식으로 J/ψ 생성을 측정하였으며, 같은 전하의 쌍을 이용해 배경을 제거하였다.
• 최근 설치된 뮤온 탐지기(MTD) 덕분에 이중 뮤온 채널을 통해 pT ≈ 0 GeV/c까지 낮은 pT의 J/ψ를 관측할 수 있었으며, μ+μ− 쌍의 진동 질량 피팅을 통해 분석하였다.
• 피킹업 효과를 방지하기 위해 바렐 타임오브플라잇(ToF) 탐지기에서의 도핑 입자 다중도를 사용하여 사고 활성도를 분류하였다.
• 체계적 불확실성을 최소화하고 다양한 사고 클래스 간 비교를 가능하게 하기 위해 상대적 J/ψ 수확량을 최소배경(MB) 표본에 정규화하였다.
• 이중 전자 채널에서는 신호에 크리스탈볼 함수, 배경에 지수 함수를 사용하였으며, 이중 뮤온 채널에서는 신호에 정규 분포 함수, 배경에 지수 함수를 사용하였다.
• 체계적 불확실성은 평가되었으며, MB 표본에서 사고 선택 편향으로 인한 15% 한쪽 방향 불확실성이 포함되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 √s = 500 GeV에서의 p+p 충돌에서 포함형 J/ψ 단면적은 어떻게 전단 운동량(pT)에 따라 변화하는가?
• RQ2 4 < pT < 12 GeV/c 범위에서 ψ(2S) 대 J/ψ 수확량 비율은 얼마이며, pT에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ3 상대적 J/ψ 수확량은 사고 다중도에 따라 어떻게 변화하며, 이 의존성은 pT에 따라 달라지는가?
• RQ4 PYTHIA8 및 퍼콜레이션 모델은 관측된 J/ψ 수확량 증가 현상을 어느 정도 잘 기술하는가?
• RQ5 RHIC와 LHC와 같은 다양한 충돌 에너지에서 J/ψ 수확량 증가 현상이 사고 활성도에 대해 보편적인 스케일링을 보이는가?

주요 결과

• 중간 랩티드성 영역(|y| < 1)에서 pT > 4 GeV/c 범위에서 포함형 J/ψ 미분 단면적이 측정되었으며, 적용 가능한 운동역학 범위에서 데이터와 비국소 양자역학적 측정(NRQCD) 계산 간 양호한 일치를 보였다.
• 4 < pT < 12 GeV/c 범위에서 ψ(2S) 대 J/ψ 수확량 비율은 pT ≈ 6.8 GeV/c에서 약 3.5%이며, 총 체계적 불확실도는 약 18%이다.
• 사고 다중도 증가에 따라 상대적 J/ψ 수확량이 강력하고 단조적으로 증가하는 경향이 관측되었으며, 이는 고pT 영역에서 더욱 급격한 증가를 보였다.
• 평균보다 약 3배 많은 다중도를 가진 사고에서는 pT > 8 GeV/c에서 MB 기준 대비 J/ψ 수확량이 약 7.5배 증가하였다.
• 4 < pT < 8 GeV/c 영역의 상대적 J/ψ 수확량은 최소 다중도 영역에서 pT > 8 GeV/c 영역보다 62% 높았지만, 최고 다중도 영역에서는 34% 낮아, 강한 pT 의존성이 있음을 시사했다.
• RHIC(500 GeV)에서 관측된 J/ψ 수확량 증가 경향은 7 TeV에서의 ALICE 측정 결과와 일치하여, 다양한 충돌 에너지에서 사고 활성도에 따른 보편적 의존성이 존재할 가능성을 시사한다.