[논문 리뷰] Quarkonium production in coherent pp/AA collisions and small-x physics

V. P. Gonçalves, M. V. T. Machado|ArXiv.org|2007. 06. 19.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 3인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 색 유리 응축체(CGC) 형식을 사용하여 LHC 에너지에서 pp 및 AA 충돌에서 일관된 쿼크onium 광생성 현상을 연구한다. 이 형식은 파arton 포화 및 핵 그림자 효과를 포함한다. 특히 바텀온리아(Υ)와 채론리아(J/ψ)의 경우 높은 단면적을 예측하며, PbPb 충돌에서는 ρ 메손에 대해 최대 10.1 mb까지 도달한다. 이는 빠르기 간격과 낮은 횡방향 운동량 절단 조건을 통해 깔끔한 신호로 제공된다.

ABSTRACT

In this contribution we study the photoproduction of quarkonium in coherent proton-proton and nucleus-nucleus interactions at the LHC. The integrated cross sections and rapidity distributions are estimated using the Color Glass Condensate (CGC) formalism, which takes into account the parton saturation effects at high energies. Nuclear shadowing effects are also taken into account.

연구 동기 및 목표

• 색 유리 응축체(CGC) 프레임워크를 사용하여 LHC 에너지에서 일관된 pp 및 AA 충돌에서 쿼크onium 생성을 조사하는 것.
• 고에너지에서 광생성 단면적을 증가시키는 데서 파arton 포화 및 핵 그림자 효과의 역할을 평가하는 것.
• 일관된 입자 충돌에서 Υ(1S) 광생성에 대한 첫 예측을 제공하는 것.
• 빠르기 간격과 낮은 횡방향 운동량 절단 조건을 통해 배제적 벡터 메손 생성의 탐지 가능성 탐색하는 것.
• 초당위치 충돌에서 핵 효과가 광핵반응 단면적에 미치는 영향을 정량화하는 것.

제안 방법

• 충전된 하드론에서의 광자 복사율을 모델링하기 위해 등가 광자 근사(EPA)를 사용하며, dNγ/dω는 단위 에너지당 광자 복사율을 나타낸다.
• 색 도플레 모델을 적용하여 전방 산란 진폭 N을 계산하며, 이는 CGC 형식에 통합되어 파동함수의 비선형성 및 양자 효과를 기술한다.
• 논문 [5,6]에서 제시된 현상학적 포화 모델을 사용하여 도플레-타겟 산란 진폭을 매개변수화하고, 작은 x 영역에서의 포화 효과를 고려한다.
• A-A 충돌에서의 도플레 단면적을 수정하기 위해 핵 목표에서의 핵 그림자 효과를 포함한다.
• 광자 에너지에 대한 적분을 통해 총 단면적을 계산한다: σ = ∫ dω (dNγ/dω) × σγh→Xh(Wγh²).
• 도플레 단면적을 사용하여 벡터 메손(Υ, J/ψ, ρ, φ, ω)의 빠르기 분포 및 총 단면적을 pp 및 AA 시스템에서 계산한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LHC 에너지에서 일관된 pp 및 AA 충돌에서 Υ(1S) 광생성에 대한 예측 단면적은 무엇인가?
• RQ2 pp 충돌과 비교하여 핵 충돌에서 파arton 포화 및 핵 그림자 효과는 광생성 비율을 어떻게 수정하는가?
• RQ3 등가 광자 복사율은 입자 충돌에서 배제적 벡터 메손 생성을 강화하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 운동학적 절단 조건을 사용하여 일관된 광생성 쿼크onium을 하드로생성과 실험적으로 구별할 수 있는가?
• RQ5 일관된 상태에서 pp 및 AA 충돌 간의 벡터 메손 빠르기 분포는 어떻게 다른가?

주요 결과

• 일관된 PbPb 충돌에서 Υ(1S) 생성의 통합 단면적은 96 μb에 도달하며, 핵 효과로 인해 크게 증가한다.
• ρ(770) 메손의 경우 일관된 PbPb 충돌에서 단면적이 10.1 mb에 도달하여 검출에 적합한 높은 비율을 나타낸다.
• 일관된 CaCa 충돌에서 J/ψ 광생성의 단면적은 436 μb로 나타나 핵 시스템에서의 강한 증가를 보여준다.
• PbPb 충돌에서 φ(1019)의 예측 단면적은 998 mb로, 경량 메손이 일관된 광생성에서 지배적임을 보여준다.
• 벡터 메손의 빠르기 분포는 CGC 형식에 의해 잘 예측되며, 경량 및 무거운 쿼크onium 간에 명확한 차이가 있다.
• 일관된 광생성의 신호는 두 개의 빠르기 간격과 횡방향 운동량 절단 조건 pT < 1 GeV을 통해 깔끔하게 분리될 것으로 예상된다.