[논문 리뷰] Underlying-event properties in pp and p$-$Pb collisions at $\sqrt{s_{ m NN}} = 5.02$ TeV

ALICE Collaboration|arXiv (Cornell University)|2022. 04. 21.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 √sNN = 5.02 TeV에서의 pp 및 p–Pb 충돌에서, 주로 입자(leading particle)와의 아작수 영역(azimuthal region)에 상대적인 충전 입자 밀도를 사용하여 기본 이벤트(UE) 성질을 측정한다. 이는 '향상', '횡방향', '반대' 영역으로 나누어진다. UE 활동이 두 시스템 모두에서 ptrig_T ≈ 5 GeV/c에서 횡방향 영역에서 포화됨을 발견하였으며, UE 기여를 제거한 후 pp 및 p–Pb에서 10 GeV/c 이상에서 제트 유사 활동이 일치함을 확인하였다. PYTHIA 8/Monash 및 EPOS LHC 모델은 특히 횡방향 영역에서 데이터와 다양한 정도로 일치하지만, 일부 차이가 존재한다.

ABSTRACT

We report about the properties of the underlying event measured with ALICE at the LHC in pp and p$-$Pb collisions at $\sqrt{s_{ m NN}}=5.02$ TeV. The event activity, quantified by charged-particle number and summed-$p_{ m T}$ densities, is measured as a function of the leading-particle transverse momentum ($p_{ m T}^{ m trig}$). These quantities are studied in three azimuthal-angle regions relative to the leading particle in the event: toward, away, and transverse. Results are presented for three different $p_{ m T}$ thresholds (0.15, 0.5, and 1 GeV/$c$) at mid-pseudorapidity ($|η|<0.8$). The event activity in the transverse region, which is the most sensitive to the underlying event, exhibits similar behaviour in both pp and p$-$Pb collisions, namely, a steep increase with $p_{ m T}^{ m trig}$ for low $p_{ m T}^{ m trig}$, followed by a saturation at $p_{ m T}^{ m trig} \approx 5$ GeV/$c$. The results from pp collisions are compared with existing measurements at other centre-of-mass energies. The quantities in the toward and away regions are also analyzed after the subtraction of the contribution measured in the transverse region. The remaining jet-like particle densities are consistent in pp and p$-$Pb collisions for $p_{ m T}^{ m trig}>10$ GeV/$c$, whereas for lower $p_{ m T}^{ m trig}$ values the event activity is slightly higher in p$-$Pb than in pp collisions. The measurements are compared with predictions from the PYTHIA 8 and EPOS LHC Monte Carlo event generators.

연구 동기 및 목표

• √sNN = 5.02 TeV에서 고다양성 pp 및 p–Pb 충돌에서 기본 이벤트(UE)의 구조를 조사하기 위해.
• 다양한 시스템(pp 대 p–Pb) 간의 UE 활동을 비교하여 다입자 상호작용 및 집단 유사 효과의 시스템 크기 의존성을 탐구하기 위해.
• 횡방향 영역의 UE 추정치를 제거하여 제트 유사 기여를 분리하고, 다양한 충돌 시스템에서의 제트 분열을 직접 비교할 수 있도록 하기 위해.
• PYTHIA 8/Monash 및 EPOS LHC 이벤트 생성기의 성능을 평가하기 위해, 소형 시스템에서 UE 및 제트 유사 입자 생성을 기술하는 데에 얼마나 잘 맞는지 테스트하기 위해.

제안 방법

• 각 이벤트에서 주로 충전 입자(ptrig_T)를 트리거 입자로 식별한다.
• 연관 입자를 세 개의 아작수 영역으로 나누어: '향상'(|Δϕ| < 60°), '횡방향'(60° < |Δϕ| < 120°), '반대'(|Δϕ| > 120°)로 나눈다.
• 세 가지 pT 임계값(0.15, 0.5, 1 GeV/c)에서 각 영역의 충전 입자 다량도 및 총합-pT 밀도를 측정한다.
• 횡방향 영역을 사용하여 UE 기여를 추정하고, 이를 향상 및 반대 영역에서 제거하여 제트 유사 활동을 분리한다.
• 동일한 √sNN = 5.02 TeV에서 pp 및 p–Pb 충돌의 결과를 비교하고, PYTHIA 8/Monash 및 EPOS LHC 이벤트 생성기의 예측과 비교한다.
• 중간-의미성 편향(η| < 0.8)을 사용하여 일관된 검출기 수용 범위를 확보하고 비균일성 영향을 최소화한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 √sNN = 5.02 TeV에서의 pp 및 p–Pb 충돌에서, ptrig_T 증가에 따라 횡방향 영역의 기본 이벤트 활동은 어떻게 변화하는가?
• RQ2 횡방향 영역의 UE 기여를 제거한 후, pp 및 p–Pb 충돌의 향상 및 반대 영역에서 제트 유사 입자 밀도는 얼마나 다를까?
• RQ3 시스템 크기(pp 대 p–Pb)가 저 ptrig_T에서 제트 유사 활동에 영향을 미치는가? 만약 그렇다면, 어떤 방식으로 영향을 미치는가?
• RQ4 PYTHIA 8/Monash 및 EPOS LHC 이벤트 생성기는 5.02 TeV에서 측정된 UE 및 제트 유사 입자 밀도를 얼마나 잘 기술하는가?
• RQ5 ptrig_T ≈ 5 GeV/c에서 UE 활동이 포화되는 것으로 나타나, 횡방향 영역에서 집단 유사 행동 또는 색깔 재연결 효과의 증거가 있는가?

주요 결과

• 횡방향 영역의 UE 활동은 낮은 ptrig_T 값(< 5 GeV/c)에서 급격히 증가하고, 두 시스템(pp 및 p–Pb) 모두에서 ptrig_T ≈ 5 GeV/c에서 포화된다.
• ptrig_T > 10 GeV/c일 경우, 횡방향 영역에서 UE 기여를 제거한 후, 향상 및 반대 영역의 제트 유사 입자 밀도는 pp 및 p–Pb 충돌 간에 일관되게 나타난다.
• ptrig_T < 10 GeV/c일 경우, p–Pb 충돌에서 pp 충돌보다 약간 더 높은 이벤트 활동이 유지되며, 이는 p–Pb에서 다입자 상호작용 또는 색깔 재연결 효과가 강화되었음을 시사한다.
• PYTHIA 8/Monash 생성기는 저 ptrig_T에서 횡방향 영역의 UE 활동을 합리적으로 재현하지만, 포화 플랫폼을 과소평가한다. 반면, EPOS LHC는 플랫폼 영역에서 데이터와 보다 우수한 일치를 보인다.
• EPOS LHC 생성기는 관측된 데이터보다 횡방향 영역에서 UE 활동을 과대평가하며, 특히 저 ptrig_T에서 두드러진다. 반면, PYTHIA 8/Angantyr는 PYTHIA 8/Monash에 비해 p–Pb 데이터와 개선된 일치를 보인다.
• 이 연구는 횡방향 영역이 UE 동역학에 가장 민감하며, 이들의 거동는 고pT 트리거가 작은 영향 매개변수(impact parameter)를 가진 중심 충돌을 선택한다는 영향-매개변수 편향 모델을 지지함을 확인하였다.