[논문 리뷰] Study of heavy meson production in p-Pb collisions at $\sqrt{S}$=5.02 TeV in the general-mass variable-flavour-number scheme

G. Krämer, H. Spiesberger|arXiv (Cornell University)|2017. 01. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 20인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 일반 질량 변수-플레버 수치 수법(GM-VFNS)를 사용하여 √s = 5.02 TeV에서 p-Pb 충돌에서 D 및 B 메손 생성에 대해 다음 주요 순서(NLO) 계산을 수행한다. 최적화된 분할 스케일 선택을 통해 결과는 ALICE, LHCb 및 CMS 데이터와 양호한 일치를 보이며, 특히 초기/최종 상태 분할 스케일을 감소시킨 경우(µ = 0.5√(m²_Q + p²_T))에 핵합성 인자 RpPb가 1에 가까운 것으로 나타나, 이 에너지에서 강한 초기 상태 핵합성 효과가 없음을 시사한다.

ABSTRACT

We study inclusive charm and bottom production, for both D and B mesons, in p-Pb collisions at the LHC. Numerical results for p_T-differential production cross sections are obtained at next-to-leading-order in the general-mass variable-flavor-number scheme. We compare our results with recent data from ALICE and CMS at a center-of-mass energy of 5 TeV and find good agreement. A comparison with p-p cross sections does not reveal the presence of nuclear initial-state interaction effects that could be expected to become visible as deviations of the ratio of p-Pb and p-p cross sections from one.

연구 동기 및 목표

• GM-VFNS 프레임워크를 사용하여 √s = 5.02 TeV에서 p-Pb 충돌에서의 무거운 메손 생성에 대해 정밀한 NLO 예측을 제공하기 위해.
• p-Pb와 p-p 단면적을 비교함으로써 핵합성 효과가 무거운 쿼크 생성에 미치는 영향을 핵합성 인자 RpPb를 통해 평가하기 위해.
• RpPb가 1에서의 편차가 초기 상태 핵합성 상호작용 또는 스케일 불확실성에 기인하는지 평가하기 위해.
• GM-VFNS에서 분할 스케일 선택을 최적화하여 저운동량(pT) 무거운 쿼크 생성의 기술적 기술을 향상시키기 위해.
• 미래에 핵합성 PDF를 추출할 수 있도록 실험 데이터에 대한 신뢰할 수 있는 이론적 기준을 제공하기 위해.

제안 방법

• 일반 질량 변수-플레버 수치 수법(GM-VFNS) 내에서 다음 주요 순서(NLO) 계산을 수행하며, 이는 유한한 무거운 쿼크 질량 효과를 포함한다.
• 분할 스케일을 최적화하기 위해 µI = µF = 0.5√(m²_Q + p²_T)로 설정하여 저운동량(pT) 영역에서의 기술을 향상시킨다.
• 핵자 분포 함수(PDF), 분열 함수(FF), 하드 산란 단면적을 콘볼루션하여 미분 단면적 dσ/dpT를 계산한다.
• ALICE, LHCb 및 CMS의 실험 데이터를 사용하여 √s = 5.02 TeV에서 p-Pb 충돌에서 D 및 B 메손 생성에 대한 이론적 예측을 비교한다.
• 핵합성 인자 RpPb = (1/A) × (dσpPb/dpT) / (dσpp/dpT)를 계산하여 핵합성 효과를 탐색한다.
• 이론적 안정성을 평가하기 위해 재결합 및 분할 스케일을 변형하여 스케일 불확실성을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 최적화된 스케일 선택을 사용한 GM-VFNS 프레임워크가 √s = 5.02 TeV에서 p-Pb 충돌에서 D 및 B 메손 생성을 정확히 기술하는가?
• RQ2 RpPb의 핵합성 인자가 1에서의 측정 가능한 편차가 있으며, 이는 초기 상태 핵합성 효과를 시사하는가?
• RQ3 GM-VFNS 프레임워크에서의 스케일 불확실성이 RpPb 비율의 해석에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 ALICE, LHCb 및 CMS의 실험 데이터가 다양한 pT 및 빠르기 영역에서 NLO GM-VFNS 예측과 얼마나 일치하는가?
• RQ5 관측된 RpPb 비율이 핵합성 PDF 변화에 기인하는가, 아니면 이론적 및 실험적 불확실성이 주요 원인인가?

주요 결과

• µ = 0.5√(m²_Q + p²_T)로 수정된 스케일 선택은 원래의 GM-VFNS 스케일 선택에 비해 데이터와의 일치를 크게 향상시키며, 특히 저운동량(pT) 영역에서 두드러진다.
• D 메손의 경우 ALICE 중간 빠르기 데이터에서 pT < 6 GeV에서 RpPb 비율이 약 1.5로 증가하지만, LHCb의 전방 영역 데이터에서는 이러한 증가가 관측되지 않는다.
• pT > 6 GeV에서 D 메손의 RpPb 비율은 불확실성 범위 내에서 1과 일치하며, 초기 상태 핵합성 효과에 대한 강한 증거가 없음을 시사한다.
• p-p 데이터 대 이론 예측의 비율은 RpPb 비율과 유사한 크기와 pT 의존성을 보이며, 이는 스케일 불확실성이 핵합성 효과보다 지배적일 수 있음을 시사한다.
• 이론적 스케일 불확실성은 여전히 크며, 관측된 편차가 핵합성 PDF 변화나 초기 상태 효과에 기인한 것인지 확실히 판단하기 어렵다.