[논문 리뷰] Measurement of the production of charm jets tagged with ${ m D^0}$ mesons in pp collisions at $\sqrt{s}$ = 5.02 and 13 TeV

ALICE Collaboration, Adamova, Dagmar외 1040명|arXiv (Cornell University)|2022. 04. 21.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 LHC의 ALICE 검출기를 사용하여 √s = 5.02 및 13 TeV에서의 pp 충돌에서 완전히 재구성된 D⁰ 메손으로 태깅된 채르모 제트의 최초 측정을 제시한다. 5 < pT,chjet < 50 GeV/c 및 R = 0.2–0.6인 제트에서 제트 축을 따라 D⁰ 메손이 지닌 운동량 분율 zch||를 분석함으로써, 연구는 채르모 제트의 서브구조에 대해 고정밀도 데이터를 제공하며, NLO pQCD 계산과 양호한 일치를 보이며 분열 함수 및 몽테카를로 시뮬레이션 이벤트 생성기의 정교화에 중요한 정보를 제공한다.

ABSTRACT

The measurement of the production of charm jets, identified by the presence of a ${ m D^0}$ meson in the jet constituents, is presented in proton-proton collisions at centre-of-mass energies of $\sqrt{s}$ = 5.02 and 13 TeV with the ALICE detector at the CERN LHC. The ${ m D^0}$ mesons were reconstructed from their hadronic decay ${ m D^0} ightarrow { m K^-}π^+$ and the respective charge conjugate. Jets were reconstructed from ${ m D^0}$-meson candidates and charged particles using the anti-$k_{ m T}$ algorithm, in the jet transverse momentum range $5

연구 동기 및 목표

• √s = 5.02 및 13 TeV에서의 pp 충돌에서 채르모 제트 내 D⁰ 메손이 지닌 운동량 분율 zch||를 측정하기 위해.
• 글루온 분열 및 풍성도 자극과 같은 고차원 QCD 과정에 대한 제트 서브구조의 민감도를 조사하기 위해.
• 몽테카를로 시뮬레이션 이벤트 생성기의 캘리브레이션 및 분열 함수 매개변수화의 향상을 위한 고정밀도 채르모 제트 생성 데이터를 제공하기 위해.
• 이전의 ALICE 측정 결과를 √s = 7 TeV에서 13 TeV로 확장하여 고에너지 영역과 낮은 pT 범위에서 중량자 생성에 대한 더 엄밀한 미분 제약 조건을 제공하기 위해.
• 두 가지 충돌 에너지와 다수의 제트 해상도 파rameter를 통해 전 세계 분열 함수 피팅에 보완 자료를 제공하기 위해.

제안 방법

• D⁰ 메손은 ALICE 검출기에서 LHC에서 D⁰ → K⁻π⁺ 및 그 채점 반대 반응을 통해 재구성되었다.
• 제트는 D⁰ 후보 및 양성자로부터 반-kt 알고리즘을 사용하여 R = 0.2, 0.4, 0.6 및 5.02 TeV에서 R = 0.3로 재구성되었다.
• zch||는 제트의 횡방향 운동량 중 D⁰ 메손이 제트 축을 따라 지닌 비율로 정의되었으며, 0.4 < zch|| < 1.0 범위에서 측정되었다.
• 5에서 50 GeV/c 사이의 네 개의 pT,chjet 범위에서 측정되었으며, 제트는 |ηjet| < 0.9 − R 범위로 제한되었다.
• 측정 결과는 최초 순서 및 다음 최초 순서 pQCD 계산 예측 및 다양한 몽테카를로 시뮬레이션 이벤트 생성기 예측과 비교되었다.
• 추가로 √s = 5.02 TeV에서 R = 0.3에 대한 비교 분석이 이루어졌으며, 결과는 부록에 제시되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 √s = 5.02 및 13 TeV에서의 충돌 조건과 제트 횡방향 운동량에 따라 D⁰ 메손의 zch|| 분포는 어떻게 변화하는가?
• RQ2 NLO pQCD 계산과 몽테카를로 시뮬레이션 이벤트 생성기는 특히 낮은 pT,chjet 영역에서 측정된 zch|| 분포를 얼마나 잘 기술하는가?
• RQ3 제트 해상도 파rameter R이 측정된 zch|| 분포에 어떤 영향을 미치며, R = 0.3에서의 결과는 다른 R 값과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 더 높은 에너지와 낮은 pT에서의 새로운 측정 결과는 이전 데이터에 비해 중량자 분열 함수에 대한 제약 조건을 어떻게 확장하는가?
• RQ5 이전 실험에서 관측된 불일치, 특히 ATLAS에서 √s = 7 TeV에서 관측된 낮은 zch|| 영역에서의 불일치를 이 데이터는 어떻게 해결할 수 있는가?

주요 결과

• D⁰ 태깅 제트의 측정된 zch|| 분포는 모든 pT,chjet 범위 및 R 값에서 NLO pQCD 계산과 다양한 몽테카를로 이벤트 생성기 예측과 일반적으로 일치한다.
• 낮은 pT,chjet (5–10 GeV/c) 영역에서 특히 낮은 zch|| 영역에서의 불일치는 글루온 분열 또는 풍성도 자극과 같은 고차원 QCD 과정의 기여 가능성을 시사한다.
• √s = 13 TeV에서의 데이터는 이전 ALICE 측정 결과인 √s = 7 TeV에 비해 운동량 영역을 확장하였으며, 낮은 pT 영역에서 통계적 정밀도가 향상되었다.
• √s = 5.02 TeV에서 R = 0.3인 측정 결과는 다른 R 값과 일관된 추세를 보이며, zch|| 관측량이 제트 해상도 파rameter에 관계없이 안정적임을 뒷받침한다.
• 이 결과는 특히 ZM-VFNS 프레임워크 내에서 글루온에서 D 메손으로의 분열 함수를 제약 조건화함으로써 전 세계 분열 함수 피팅에 유용한 정보를 제공한다.
• 이 연구는 제트 내에서 완전히 재구성된 D⁰ 메손이 중량자 생성 역학을 탐색하는 강력한 수단임을 확인하였으며, 중성미량 플라즈마에서의 에너지 손실 이해에 대한 함의를 지닌다.