[논문 리뷰] Production of $c \bar c$ pairs at LHC: $k_t$-factorization and double-parton scattering

Antoni Szczurek|arXiv (Cornell University)|2012. 06. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 4인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 LHC에서 쿼ark 쌍($c\bar{c}$) 생성을 $k_t$-팩터라이제이션 및 이중 파트온 산란(DPS) 형식론을 사용하여 조사한다. DPS 기여도가 고에너지에서 단일 파트온 산란과 유사한 크기로 매우 크다는 것이 발견되었으며, 특히 ALICE 및 LHCb 데이터와의 전방 운동량 분포 간의 괴리 때문에 $D^0\bar{D}^0$ 또는 $\bar{D}^0D^0$ 쌍 생성이 DPS 효과를 식별하는 주요 채널임을 제안한다.

ABSTRACT

We discuss charm production at LHC. The production of single $c \bar c$ pairs is calculated in the $k_t$-factorization approach. We use several unintegrated gluon distributions from the literature. Differential distributions for several charmed mesons are presented and compared to recent results of the ALICE and LHCb collaborations. Some missing strength can be observed. Furthermore we discuss production of two $c \bar c$ pairs within a simple formalism of double-parton scattering (DPS). Surprisingly large cross sections, comparable to single-parton scattering (SPS) contribution to $c \bar c$ production, are predicted for LHC energies.

연구 동기 및 목표

• . $k_t$-팩터라이제이션의 LHC 에너지에서 $c\bar{c}$ 생성을 기술하는 데의 적합성을 평가하기 위해.
• . ALICE 및 LHCb 데이터에서 관측된 쿼크 메손(D, $D_s$)의 전방 운동량 분포에서의 부족한 강도가 이중 파트온 산란(DPS)에 의해 설명될 수 있는지 조사하기 위해.
• . DPS를 통한 이중 $c\bar{c}$ 쌍 생성 단면적을 평가하고 단일 파트온 산란(SPS) 기여도와 비교하기 위해.
• . DPS와 SPS 메커니즘을 구별할 수 있는 관측 가능한 상관 패턴(예: 빠르기 차이, 진동 질량 등)을 식별하기 위해.
• . LHC에서의 실험적 DPS 효과 식별을 위해 $D^0\bar{D}^0$ 또는 $\bar{D}^0D^0$ 쌍 생성을 가장 깔끔한 채널로 제안하기 위해.

제안 방법

• . 다양한 파arametrization(KMR, Jung, KMS, Kutak-Stasto)에서 유도된 비통합 쿼크 분포(UGDF)를 사용한 $k_t$-팩터라이제이션을 적용하여 단일 $c\bar{c}$ 생성을 계산한다.
• . $c$ 및 $\bar{c}$의 전방 운동량과 빠르기를 포함한 1차 미분 단면적 공식을 사용하며, 동역학적 보존 법칙을 델타 함수를 통해 강제로 적용한다.
• . DPS 형식론에서 단면적은 $\frac{1}{\sigma_{\text{eff}}} \frac{d\sigma}{dy_1dy_2d^2p_{1t}} \cdot \frac{d\sigma}{dy_3dy_4d^2p_{2t}}$로 인과적으로 분해되며, $\sigma_{\text{eff}} = 15$ mb로 설정된다.
• . $c$ 쿼크가 $D$ 메손으로의 하드론화를 위해 Peterson 분포 함수를 사용한다.
• . LO 및 고에너지 근사법을 사용하여 DPS 및 SPS 기여도를 $c\bar{c}c\bar{c}$ 생성에 대해 비교한다.
• . 서로 다른 파트온 산란에서 유래한 $c\bar{c}$ 쌍의 빠르기 차이($\Delta y$) 및 진동 질량($M_{c\bar{c}}$)과 같은 상관 관측량을 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 . 현재의 UGDF를 사용한 $k_t$-팩터라이제이션은 ALICE 및 LHCb에서 측정한 $D$ 메손의 $p_T$ 스펙트럼을 충분히 기술할 수 있는가?
• RQ2 . LHCb 운동역학적 조건에서 관측된 $D$ 메손 $p_T$ 스펙트럼의 부족한 강도는 이중 파트온 산란(DPS)에 의해 설명될 수 있는가?
• RQ3 . $c\bar{c}c\bar{c}$ 생성에 대한 DPS 단면적은 중심질량 에너지에 따라 단일 $c\bar{c}$ 생성과 비교해 어떻게 스케일링되는가?
• RQ4 . DPS와 SPS 기여도를 구별할 수 있는 운동량 상관 패턴(예: $\Delta y$ 또는 $M_{c\bar{c}}$)이 존재하는가?
• RQ5 . $D^0\bar{D}^0$ 또는 $\bar{D}^0D^0$ 쌍 생성은 LHC에서 DPS 효과의 실험적 관측에 가능하고 민감한 채널인가?

주요 결과

• . 다양한 UGDF를 사용한 $k_t$-팩터라이제이션 접근법은 ALICE 및 LHCb의 $D$ 메손 $p_T$ 스펙트럼과 양호한 일치를 보였지만, 특히 LHCb 운동역학에서 지속적인 강도 부족 현상이 관측되었다.
• . 이중 $c\bar{c}$ 쌍 생성에 대한 DPS 기여도는 놀랍게 크며, 고에너지에서 단일 $c\bar{c}$ 생성과 유사한 단면적을 보였다.
• . $\sqrt{s} = 7$ TeV에서 $c\bar{c}c\bar{c}$ 생성에 대한 DPS 단면적은 단일 $c\bar{c}$ 생성에 대한 SPS 단면적과 유사한 크기였다.
• . 서로 다른 파트온 산란에서 기인한 $c\bar{c}$ 쌍의 빠르기 차이($\Delta y$) 및 진동 질량($M_{c\bar{c}}$)과 같은 상관 관측량에서 DPS 기여도가 SPS 기여도를 초월하였다.
• . $D^0\bar{D}^0$ 쌍의 전방 운동량 분포는 고 $p_T$ 영역에서 긴 尾(꼬리)를 보이며, 이는 DPS 기여도가 증가했음을 시사한다. 이는 단일 $D^0$ 스펙트럼과는 다름.
• . 연구는 $D^0\bar{D}^0$ 또는 $\bar{D}^0D^0$ 쌍 생성이 LHC에서 이중 파트온 산란을 식별하고 연구하기 위해 가장 유망한 채널 중 하나임을 결론 내렸다.