[논문 리뷰] Study of J/$\psi$ meson production inside jets in pp collisions at $\sqrt{s} =$ 8 TeV

Albert M. Sirunyan, A. Tumasyan외 2335명|arXiv (Cornell University)|2019. 01. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 34인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 CMS 데이터 19.1 fb⁻¹ 를 사용하여 √s = 8 TeV에서의 pp 충돌에서 제트 내부의 프롬프트 J/ψ 메손 생성을 조사한다. J/ψ와 제트 사이의 각도 분리도를 측정함으로써 J/ψ 메손이 제트의 일부인지 테스트하며, 비상대론적 양자역학(Nonrelativistic QCD, NRQCD) 장거리 행렬원소를 조사하는 데 새로운 방법을 제공한다. 이는 비편극 J/ψ 생성을 가정한 분할 제트 함수(Fragmenting Jet Function, FJF) 모델과 가장 잘 일치하는 결과를 도출한다.

ABSTRACT

A study of the production of prompt J/ψ mesons contained in jets in proton-proton collisions at s=8TeV is presented. The analysis is based on data corresponding to an integrated luminosity of 19.1 fb −1 collected with the CMS detector at the LHC. For events with at least one observed jet, the angular separation between the J/ψ meson and the jet is used to test whether the J/ψ meson is part of the jet. The analysis shows that most prompt J/ψ mesons having energy above 15 GeV and rapidity |y|<1 are contained in jets with pseudorapidity |ηjet|<1 . The differential distributions of the probability to have a J/ψ meson contained in a jet as a function of jet energy for a fixed J/ψ energy fraction are compared to a theoretical model using the fragmenting jet function approach. The data agree best with fragmenting jet function calculations that use a long-distance matrix element parameter set in which prompt J/ψ mesons are predicted to be unpolarized. This technique demonstrates a new way to test predictions for prompt J/ψ production using nonrelativistic quantum chromodynamics.

연구 동기 및 목표

• 제트 서브구조를 이용하여 프롬프트 J/ψ 메손의 강입자 생성 메커니즘을 탐색한다.
• 제트 분할을 통한 비상대론적 양자역학(NRQCD) 이론적 예측을 테스트한다.
• 제트 내 J/ψ 포함 확률을 측정함으로써 NRQCD의 장거리 행렬원소(LDMEs)를 제약한다.
• J/ψ 메손의 편극 및 분할 역학에 민감한 새로운 실험 관측량을 제공한다.
• 중앙 빠르도 영역에서 쿼크-글루온 분할이 지배하는 영역에서 분할 제트 함수(FJF) 모델을 검증한다.

제안 방법

• J/ψ 메손과 가장 가까운 제트 사이의 각도 분리도 ΔR을 사용하여 J/ψ가 제트 내부에 포함되어 있는지 여부를 결정한다.
• 제트 에너지 E_jet 및 J/ψ 에너지 분율 z = E_J/ψ / E_jet 에 따라 포함 확률 함수 P(contained | E_jet, z) 를 추출한다.
• 이론적 예측은 NRQCD 내에서 분할 제트 함수(FJF) 접근법을 사용하여 계산되며, 3S₁¹, ¹S₈⁰, ³S₈¹, 및 ³P₈ⱼ Fock 상태의 합산을 포함한다.
• FJF 모델은 양자역학적 하드 산란 단면적과 비표준 분할 함수 G_J/ψ^i(E_jet, z|R, μ) 의 콘볼루션을 포함한다.
• 분석은 글루온 분할이 지배하는 중심 빠르도 영역 |y| < 1 에 집중하며, 제트 재구성에 대해 원뿔 크기 R = 0.5 를 사용한다.
• 데이터는 다양한 LDME 파rameter 세트를 가진 FJF 계산과 비교되며, 특히 ¹S₈⁰ 항이 지배할 경우 비편극 J/ψ를 예측하므로 테스트한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 관측된 제트 내 J/ψ 메손 비율이 분할 제트 함수(FJF) 모델의 예측과 일치하는가?
• RQ2 NRQCD의 장거리 행렬원소(LDMEs) 중에서 측정된 제트 내 J/ψ 포함 확률을 가장 잘 묘사하는 것은 무엇인가?
• RQ3 제트 내 J/ψ 메손 생성은 ¹S₈⁰ Fock 상태가 지배할 경우 예측하는 바와 같이 비편극 분할과 일치하는가?
• RQ4 제트 서브구조 기반 측정은 J/ψ 강입자 생성에 대한 다양한 이론 모델에 얼마나 민감한가?
• RQ5 제트 기반 관측량은 NRQCD에서 J/ψ 생성에 대한 Fock 상태의 계층 구조에 대해 새로운 제약을 제공할 수 있는가?

주요 결과

• E_J/ψ > 15 GeV 이고 |y| < 1 인 대부분의 프롬프트 J/ψ 메손은 |η_jet| < 1 인 제트 내에 포함되어 있어, 상당한 제트 분할이 일어나고 있음을 시사한다.
• 제트 내 J/ψ 포함의 미분 확률 측정 결과는 비편극 J/ψ 생성을 예측하는 LDME 세트를 사용한 FJF 계산과 가장 잘 일치한다.
• 비편극 J/ψ를 유도하는 ¹S₈⁰ Fock 상태가 데이터에 의해 선호되어 분할 과정에서의 지배적 기여를 시사한다.
• 이 분 析은 중심 빠르도 영역에서 글루온 분할이 지배하는 영역에서 FJF 기반 모델에 대한 첫 번째 직접 실험적 테스트를 제공한다.
• 높은 제트 에너지에서 매우 편극된 J/ψ 생성을 예측하는 LDME 세트는 데이터에 의해 배제된다.
• 이 연구는 제트 서브구조 관측량이 NRQCD 예측을 테스트하고 LDMEs를 제약하는 데 있어 새로운 민감한 탐색 수단을 제공함을 입증한다.