[논문 리뷰] New results on collectivity with LHCb

R. Kopecna|arXiv (Cornell University)|2017. 09. 28.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 22인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 LHCb 검출기의 매우 전방성 허프로비티 영역($2 < \eta < 5$)에서 $\sqrt{s} = 13$ TeV에서의 $pp$ 충돌에서 두 입자 간의 각도 상관관계를 처음으로 측정한다. 다양한 $p_T$ 및 활성도 클래스에서 $\Delta\eta$와 $\Delta\phi$의 상관관계를 분석함으로써, 높은 활성도와 중간 $p_T$에서의 가까운 측 릿지 구조를 관측하여 소형 시스템에서의 집단성 유사 효과를 시사하며, 다른 LHC 실험들과 보완되며 저 $x$ 물리학 및 색 유리 응축체 모델에 민감하다.

ABSTRACT

Two-particle angular correlations are studied in $pp$ collisions at $\sqrt{s}=\,13\,$TeV, collected with the LHCb detector at the LHC. The LHCb detector provides measurement in the very forward region, $2 &lt; η&lt; 5$. This region is complementary to other experiments and allows to explore low Bjorken-$x$ region. The correlations are studied as a function of difference in pseudorapidity $\left(Δη ight)$ and azimuthal angle $\left(Δϕ ight)$ in several $p_T$ and activity classes. Proton-proton collisions are studied using two datasets corresponding to minimum-bias sample and a sample obtained via a dedicated trigger to study the highest-activity events.

연구 동기 및 목표

• LHCb 검출기의 고유한 전방성 커버리지 특성을 활용하여 $\sqrt{s} = 13$ TeV에서의 $pp$ 충돌에서 두 입자 간의 각도 상관관계를 연구하기 위해.
• 매우 전방성 영역($2 < \eta < 5$)에서 집단성과 제트 유사 상관관계를 탐색하여 저 Bjorken-$x$ 영역에 접근하기 위해.
• 다양한 $p_T$ 및 이벤트 활성도 클래스에서 가까운 측 릿지 및 먼 측 릿지 구조의 존재 여부를 조사하기 위해.
• Color-Glass Condensate 및 제트-매질 상호작용 모델을 시험하기 위해, 다른 LHC 실험들과의 보완적 데이터를 제공하기 위해.
• 혼합 이벤트 정규화 방법을 사용한 상관관계 측정의 정확도를 평가하여 검출기 수용성 및 재구성 오차를 보정하기 위해.

제안 방법

• 두 입자 상관관계 함수 $C(\Delta\eta, \Delta\phi)$ 는 $\sqrt{s} = 13$ TeV에서의 $pp$ 충돌에서 충돌된 양성자에서 유도된 충돌 입자들에 대해 측정된다.
• 신호 분포 $S(\Delta\eta, \Delta\phi)$ 는 동일한 이벤트 내에서 트리거 입자당 정규화된 쌍 수확률로 정의된다.
• 배경 $B(\Delta\eta, \Delta\phi)$ 는 혼합 이벤트를 통해 구성되며, 한 이벤트의 트리거 입자와 유사한 $p_T$ 및 활성도 밴드에 속한 다른 이벤트의 트랙을 조합한다.
• 상관관계 함수는 $B(0,0) \times S(\Delta\eta, \Delta\phi)/B(\Delta\eta, \Delta\phi)$ 로 계산되며, 수용성 및 효율성 보정을 위해 제로 바이너리에 의해 정규화된다.
• 이벤트 활성도는 VELO 검출기에서의 히트 수인 $N_{\text{hit}}^{\text{VELO}}$ 를 통해 측정되어 저, 중, 고 활성도 클래스로 분류된다.
• 트래킹 효율성, 가짜 트랙, 비프롬프트 기여를 보정하기 위해 네 개의 차원($\eta$, $p_T$, $\phi$, $N_{\text{hit}}^{\text{VELO}}$)에 걸쳐 보정 조치가 적용된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 가장 전방성 영역($2 < \eta < 5$)에서 $\sqrt{s} = 13$ TeV에서의 $pp$ 충돌에서 가까운 측 릿지가 나타나는가?
• RQ2 가까운 측 및 먼 측 릿지 특징은 탄성 운동량($p_T$) 및 이벤트 활성도에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ3 낮은 다중도 $pp$ 충돌에서 가까운 측 릿지의 존재가 집단성 유사 효과를 시사하는가?
• RQ4 LHCb의 전방성 커버리지($2 < \eta < 5$ 영역)는 ALICE, ATLAS, CMS의 기존 측정과 어떻게 보완되는가?
• RQ5 다양한 $p_T$ 및 활성도 영역에서 레지온의 붕괴와 제트 분해가 상관관계 함수에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 저 $p_T$ 영역에서는 등방성 레지온 붕괴로 인해 $\Delta\eta \approx 0$에서 모든 $\Delta\phi$에 걸쳐 명확한 가우시안 릿지가 관측된다.
• 점차적으로 $p_T$ 가 증가함에 따라 가까운 측 피크는 좁아지며, 더 높은 운동량에서 더 정렬된 제트 분해와 일치한다.
• 먼 측 릿지가 저 $p_T$에서 가장 두드러지며, 이는 반대 방향 제트 쌍과 레지온 붕괴에 기인한다.
• 고활성도 및 중간 $p_T$ 조건에서, 약간의 가까운 측 릿지 신호가 나타나며, 고다중도 $pp$ 이벤트에서의 집단성 또는 매질 효과의 가능성을 시사한다.
• 고 $p_T$ 영역에서는 가우시안 릿지가 사라지며, 제트 유사 상관관계가 지배적이며 레지온 기여가 억제된다.
• 혼합 이벤트 정규화 방법은 검출기 수용성 및 재구성 비효율성에 효과적으로 보정하여 모든 $p_T$ 및 활성도 클래스에서 신뢰할 수 있는 상관관계 함수를 도출한다.