[논문 리뷰] Two-particle Bose-Einstein correlations in pp collisions at ${\sqrt{s} = 13}$ TeV measured with the ATLAS detector at the LHC

ATLAS Collaboration|arXiv (Cornell University)|2022. 01. 01.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 ATLAS 검출기로 13 TeV에서의 pp 충돌에서 이중입자 보즈아인슈타인 상관관계를 측정하며, 고다중도 트리거를 사용한 저광도 데이터를 활용해 같은 전하성을 가진 입자 쌍의 분석을 수행한다. 결과적으로 다중도가 높을 경우(100 이상), 상관관계 소스 반경이 다중도에 영향을 받지 않고 포화됨을 확인하였으며, 이는 쌍의 횡방향 운동량에 관계없이 동일하게 관측된다. 이는 이전에 낮은 에너지에서 관측된 결과를 13 TeV에서도 그대로 유지함을 확인한다.

ABSTRACT

This paper presents studies of Bose-Einstein correlations (BEC) in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 13 TeV, using data from the ATLAS detector at the CERN Large Hadron Collider. Data were collected in a special low-luminosity configuration with a minimum-bias trigger and a high-multiplicity track trigger, accumulating integrated luminosities of 151 $μ$b$^{-1}$ and 8.4 nb$^{-1}$ respectively. The BEC are measured for pairs of like-sign charged particles, each with $|η|$ < 2.5, for two kinematic ranges: the first with particle $p_T$ > 100 MeV and the second with particle $p_T$ > 500 MeV. The BEC parameters, characterizing the source radius and particle correlation strength, are investigated as functions of charged-particle multiplicity (up to 300) and average transverse momentum of the pair (up to 1.5 GeV). The double-differential dependence on charged-particle multiplicity and average transverse momentum of the pair is also studied. The BEC radius is found to be independent of the charged-particle multiplicity for high charged-particle multiplicity (above 100), confirming a previous observation at lower energy. This saturation occurs independent of the transverse momentum of the pair.

연구 동기 및 목표

• √s = 13 TeV에서의 고다중도 양성자-양성자 충돌에서 보즈아인슈타인 상관관계(BEC)를 조사하는 것.
• 이온의 다중도와 쌍의 횡방향 운동량에 따라 BEC 매개변수—소스 반경과 상관관계 강도—의 의존성을 검토하는 것.
• 이전에 낮은 에너지에서 관측된 고다중도에서 BEC 소스 반경의 포화 현상이 13 TeV에서도 유지되는지 테스트하는 것.
• 다중도와 평균 쌍의 횡방향 운동량에 대한 BEC의 이중미분적 의존성을 연구하는 것.
• 151 μb⁻¹ 및 8.4 nb⁻¹의 통합 루미노시티를 사용하여 고다중도 영역에서 BEC 매개변수를 정밀하게 측정하는 것.

제안 방법

• 저광도 LHC 구성에서 최소한의 충돌 트리거와 고다중도 트랙 트리거를 사용하여 데이터를 수집하였다.
• |η| < 2.5 및 횡방향 운동량 임계값 100 MeV과 500 MeV을 갖는 같은 전하성을 가진 입자 쌍을 선택하였다.
• 입자 쌍의 상대 운동량 분포를 분석하여 보즈아인슈타인 상관관계 함수를 추출하였다.
• 가우시안 소스 모델을 사용하여 상관관계 함수에 대한 피팅을 통해 소스 반경과 상관관계 강도를 추출하였다.
• 다중도(최대 300)와 평균 쌍의 횡방향 운동량(최대 1.5 GeV)에 따른 BEC 매개변수의 체계적 연구를 수행하였다.
• 다중도와 쌍의 횡방향 운동량에 대한 동시 의존성을 조사하기 위해 이중미분 분석을 수행하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 13 TeV에서의 pp 충돌에서 보즈아인슈타인 상관관계 소스 반경은 어떤 식으로 양성자 다중도에 따라 변화하는가?
• RQ2 고다중도에서 BEC 소스 반경의 포화 현상이 13 TeV에서도 관측되며, 이는 이전에 낮은 에너지에서 관측된 결과와 일치하는가?
• RQ3 다양한 다중도 영역에서 쌍의 횡방향 운동량은 BEC 매개변수에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 소스 반경의 다중도와 평균 쌍의 횡방향 운동량에 대한 이중미분적 의존성은 어떠한가?
• RQ5 고다중도 사건에서 상관관계 강도는 다중도와 운동량에 따라 체계적으로 변하는가?

주요 결과

• 다중도가 100 이상일 경우 BEC 소스 반경은 다중도에 영향을 받지 않고 일정하게 유지된다.
• 이러한 고다중도에서의 소스 반경 포화 현상은 쌍의 횡방향 운동량에 관계없이 관측된다.
• 이 결과는 이전에 낮은 중심질량 에너지에서 관측된 행동을 확인하며, 13 TeV로의 적용 범위를 확장함을 의미한다.
• 상관관계 강도와 소스 반경은 낮은 다중도 영역에서 쌍의 평균 횡방향 운동량에 따라 영향을 받는다.
• 측정는 151 μb⁻¹ 및 8.4 nb⁻¹의 통합 루미노시티를 사용하여 고다중도 분석에 필요한 충분한 통계량을 확보하였다.
• 이중미분 분석은 고다중도 영역에서 소스 반경이 모든 쌍의 횡방향 운동량 범위에서 일관되게 안정화됨을 드러내었다.