[논문 리뷰] Phenomenological interpolation of the inclusive J/psi cross section to proton-proton collisions at 2.76 TeV and 5.5 TeV

F. Bossú, Z. Conesa del Valle외 4명|arXiv (Cornell University)|2011. 03. 11.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 5인용 수 37

한 줄 요약

이 논문은 PHENIX, CDF, LHC 협력단의 실험 데이터를 바탕으로 √s = 2.76 TeV 및 5.5 TeV에서의 양성자-양성자 충돌에서의 포함형 J/ψ 생성 단면적을 예측하기 위한 현상학적 보간 프레임워크를 제시한다. 이 방법은 파wr-법 및 pQCD 기반 모델(FONLL, LO CEM)을 조합하여 영차단 단면적, 빠르기 분포 및 pT 스펙트럼을 보간하며, 2.76 TeV에서 ALICE 데이터와 양호한 일치를 보여, LHC에서 A–A 및 p–A 핵반응성 인자 연구의 기준으로서의 사용을 검증한다.

ABSTRACT

We present a study of the inclusive J/psi cross section at 2.76 TeV and 5.5 TeV. The energy dependence of the cross section, rapidity and transverse momentum distributions are evaluated phenomenologically. Their knowledge is crucial as a reference for the interpretation of A-A and p-A J/psi results at the LHC. Our approach is the following: first, we estimate the energy evolution of the pt-integrated J/psi cross section at mid-rapidity; then, we evaluate the rapidity dependence; finally, we study the transverse momentum distribution trend. Whenever possible, both theory driven (based on pQCD predictions) and functional form (data driven fits) calculations are discussed. Our predictions are compared with the recently obtained results by the ALICE collaboration in pp collisions at 2.76 TeV.

연구 동기 및 목표

• LHC 에너지에서, 특히 √s = 2.76 TeV 및 5.5 TeV에서 포함형 J/ψ 생성 단면적에 대한 신뢰할 수 있는 기준을 확립하기 위해.
• A–A 및 p–A 데이터 분석을 지원하기 위해 pT 통합 단면적, 빠르기 분포 및 전단 운동량 스펙트럼에 대한 체계적 보간 방법을 제공하기 위해.
• 2.76 TeV에서 ALICE 측정치와의 비교를 통해 보간 방법의 신뢰성을 검증하여 향후 LHC 에너지 런에 대한 신뢰성을 확보하기 위해.
• 모델 기반(FONLL, LO CEM) 및 기능형 형태(Gaussian, 다항식) 접근 방식을 사용하여 보간의 불확실성을 정량화하기 위해.
• 정확한 pp 기준 단면적을 제공함으로써 핵 매질 효과를 핵반응성 인자 R_AA 및 R_pA를 통해 해석하는 데를 지원하기 위해.

제안 방법

• 먼저, √s = 200 GeV, 1.96 TeV 및 7 TeV에서 데이터에 피팅된 파워-법 및 pQCD 기반 모델(FONLL 및 LO CEM)을 사용하여 중간 빠르기 영역에서의 pT 통합 J/ψ 단면적을 보간한다.
• 둘째, 빠르기 분포의 에너지 진화를 두 가지 접근 방식으로 결정한다: 이론적 pQCD 예측 및 데이터의 y/y_max 스케일링에 대한 기능형 피팅(Gaussian, 다항식 n=2에서 n=8까지).
• 셋째, 전단 운동량 분포를 z_t = pT / √s의 일반화된 스케일링을 가정하여 모델링하며, 에너지 간에 동일한 기능형 형태를 가진다고 가정한다.
• 모델 기반 및 기능형 형태 결과를 조합하여 체계적 불확실성을 추정하며, 2.76 TeV에서 보간 불확실성은 15%, 5.5 TeV에서는 20%로 추정된다.
• 보간의 타당성을 검증하기 위해, √s = 2.76 TeV에서 예측된 단면적을 중간 및 후방 빠르기 영역에서 ALICE 측정치와 비교한다.
• 검증된 절차를 사용하여 향후 LHC p–Pb 및 Pb–Pb 런을 위한 √s = 5.5 TeV에서의 J/ψ 단면적을 예측한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 200 GeV에서 14 TeV까지의 중심질량 에너지 범위에서, pp 충돌에서의 포함형 J/ψ 단면적을 신뢰성 있게 보간하는 방법은 무엇인가?
• RQ2 후방 빠르기 영역에서 데이터가 제한적인 상황에서, √s = 2.76 TeV 및 5.5 TeV에서 J/ψ의 빠르기 분포를 가장 정확하게 예측하는 방법은 무엇인가?
• RQ3 pQCD 기반 모델(FONLL, LO CEM)과 데이터 기반 기능형 형태(다항식, Gaussian) 간에 J/ψ 생성의 에너지 진화를 기술하는 데 얼마나 일치하는가?
• RQ4 보간 프레임워크는 √s = 2.76 TeV에서 ALICE 측정치를 얼마나 잘 재현하는가, 특히 후방 빠르기 영역에서의 재현 정도는 어떠한가?
• RQ5 보간의 체계적 불확실성은 무엇이며, 데이터 제약 조건에 따라 어떤 기능형 형태(예: 다항식 n=6, n=8)는 배제되어야 하는가?

주요 결과

• √s = 2.76 TeV에서 중간 빠르기 영역(y=0)의 보간된 pT 통합 J/ψ 단면적은 239+6−10 nb (모델) ±31 nb (피팅)이며, ALICE의 측정치 239+6−10 nb와 양호한 일치를 보인다.
• √s = 5.5 TeV에서 중간 빠르기 단면적은 350+20−51 nb (모델) ±51 nb (피팅)로 예측되어, 향후 LHC 런의 기준이 된다.
• 빠르기 분포 보간 결과에 따르면, n=6 및 n=8인 다항식 형태는 후방 빠르기 영역의 단면적을 과대평가하므로 배제되어야 하며, 나머지 모델(Gaussian, n=2, n=4)은 ALICE 데이터와 일치한다.
• √s = 2.76 TeV에서 y = 3.25인 후방 빠르기 영역의 단면적은 153±21 nb (상관) ±12 nb (비상관)로 예측되었으며, 5.5 TeV에서는 256±53 nb (상관) ±23 nb (비상관)로 예측되었다.
• √s = 2.76 TeV에서의 전단 운동량 분포는 보간에 의해 잘 재현되었으며, 이는 z_t 스케일링 가정의 타당성을 확인한다.
• 전반적인 보간 체계적 불확실성은 √s = 2.76 TeV에서 15%, 5.5 TeV에서 20%로 추정되었으며, 기능형 형태 접근 방식이 모델 기반 방법보다 더 큰 불확실성을 보였다.