[论文解读] ALICE luminosity determination for Pb$-$Pb collisions at $\sqrt{s_{\mathrm{NN}}} = 5.02$ TeV

ALICE Collaboration|arXiv (Cornell University)|Apr 21, 2022

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 36被引用 4

一句话总结

本文使用两组独立的可见截面（分别来自零度 calorimeter（ZDC）和 V0 探测器）的范德梅尔扫描，精确测定了 √sNN = 5.02 TeV 条件下 Pb–Pb 碰撞的亮度。通过改进束流效应修正和拟合程序，该分析将联合亮度不确定度降低至 2.5%，并测得非弹性强子截面为 7.67 ± 0.25 b，与 Glauber 模型预测一致。

ABSTRACT

Luminosity determination within the ALICE experiment is based on the measurement, in van der Meer scans, of the cross sections for visible processes involving one or more detectors (visible cross sections). In 2015 and 2018, the Large Hadron Collider provided Pb–Pb collisions at a centre-of-mass energy per nucleon pair of √s$_{NN}$ = 5.02 TeV. Two visible cross sections, associated with particle detection in the Zero Degree Calorimeter (ZDC) and in the V0 detector, were measured in a van der Meer scan.This article describes the experimental set-up and the analysis procedure, and presents the measurement results. The analysis involves a comprehensive study of beam-related effects and an improved fitting procedure, compared to previous ALICE studies, for the extraction of the visible cross section. The resulting uncertainty of both the ZDC-based and the V0-based luminosity measurement for the full sample is 2.5%. The inelastic cross section for hadronic interactions in Pb–Pb collisions at √s$_{NN}$ = 5.02 TeV, obtained by efficiency correction of the V0-based visible cross section, was measured to be 7.67 ± 0.25 b, in agreement with predictions using the Glauber model.

研究动机与目标

• 以高精度测定 √sNN = 5.02 TeV 条件下 Pb–Pb 碰撞的亮度。
• 在范德梅尔扫描期间，利用 ZDC 和 V0 探测器测量可见截面。
• 通过改进束流效应建模和拟合程序，相较于以往 ALICE 研究，降低系统不确定度。
• 通过 V0 基可见截面的效率修正，提取非弹性强子截面。
• 将结果与 Glauber 模型预测进行验证。

提出的方法

• 通过横向束流分离执行范德梅尔扫描，测量作为束流位移函数的可见截面。
• 利用 ZDC 和 V0 探测器独立测量可见截面，用于亮度标定。
• 采用优化的拟合程序，从计数率与束流分离数据中提取有效束流宽度（hx0, hy0）。
• 对束流相关效应（如非均匀性、束流-气体相互作用以及束流分布的非可分性）进行修正。
• 使用长度尺度标定扫描，将名义束流位移转换为实际物理位移。
• 将基于 V0 的可见截面与数据驱动的强子效率估计值（εhad）结合，以确定非弹性强子截面。

实验结果

研究问题

• RQ1 使用范德梅尔扫描结合 ZDC 和 V0 探测器，Pb–Pb 碰撞在 √sNN = 5.02 TeV 条件下的精确亮度是多少？
• RQ2 束流相关效应和束流分布的非可分性如何影响 Pb–Pb 碰撞中的亮度不确定度？
• RQ3 Pb–Pb 碰撞在 √sNN = 5.02 TeV 条件下的非弹性强子截面是多少？与 Glauber 模型预测相比如何？
• RQ4 改进的拟合与修正程序在多大程度上降低了亮度测定中的系统不确定度？
• RQ5 来自两个独立可见过程（ZDC 和 V0）的亮度测量结果在多大程度上保持一致？

主要发现

• 通过改进束流效应建模和优化拟合程序，完整 Pb–Pb 样本的亮度不确定度已降低至 2.5%。
• 在 √sNN = 5.02 TeV 条件下，Pb–Pb 碰撞的非弹性强子截面测量值为 7.67 ± 0.25 b。
• 测得的非弹性截面与 Glauber 模型预测一致。
• 基于 ZDC 和基于 V0 的可见截面均对亮度测定有贡献，且不确定性水平一致。
• 束流分布的非可分效应被量化并得到修正，有助于降低不确定度。
• 基于数据的 V0 探测器中强子事件效率估计，使非弹性截面的提取更加稳健，无需依赖模拟。