[論文レビュー] Azimuthal Correlations within Exclusive Dijets with Large Momentum Transfer in Photon-Lead Collisions

A. Tumasyan, W. Adam+2319 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、CMSが収集した0.38 nb⁻¹のデータを用いて、√sNN = 5.02 TeVの光子 lead 衝突における大運動量移転を伴う排他的二ジェット事象における方位角相関の最初の測定を報告する。⟨cos(2Φ)⟩は、二ジェットの横運動量が増加するにつれて正かつ上昇する傾向を示しており、これはグルーオンの偏極効果を示唆するが、主にHERAのデータに基づくモデルでは説明できない。

ABSTRACT

The structure of nucleons is multidimensional and depends on the transverse momenta, spatial geometry, and polarization of the constituent partons. Such a structure can be studied using high-energy photons produced in ultraperipheral heavy-ion collisions. The first measurement of the azimuthal angular correlations of exclusively produced events with two jets in photon-lead interactions at large momentum transfer is presented, a process that is considered to be sensitive to the underlying nuclear gluon polarization. This study uses a data sample of ultraperipheral lead-lead collisions at $\sqrt{s_\mathrm{NN}}$ = 5.02 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 0.38 nb$^{-1}$, collected with the CMS experiment at the LHC. The measured second harmonic of the correlation between the sum and difference of the two jet momenta is found to be positive, and rising, as the dijet momentum increases. A well-tuned model that has been successful at describing a wide range of proton scattering data from the HERA experiments fails to describe the observed correlations, suggesting the presence of gluon polarization effects.

研究の動機と目的

• 超並進重イオン衝突からの高エネルギー光子を用いて、特に核内のグルーオン偏極を含むヌクレオンの多次元的構造を調べること。
• 大運動量移転を伴う排他的二ジェット生成におけるジェット間の方位角相関を測定すること。この過程は核のグルーオン偏極に敏感である。
• 特にHERAの陽子散乱データに合わせて調整されたモデルが、光子-核衝突からの新しいLHCデータに対して有効であるかを検証すること。
• 実験的測定によって初期状態と最終状態の放射効果を区別することにより、方位角相関の解釈における曖昧さを解消すること。

提案手法

• CMS実験が収集した、√sNN = 5.02 TeVの超並進Pb-Pb衝突データを用い、積分光度が0.38 nb⁻¹に相当する。
• 大きな急速度ギャップと大運動量移転を持つ排他的二ジェット事象を選別し、ECALにおける高い横運動量とHFコアライザーでの信号抑制を要件とする二段階のトリガー系を用いた。
• Φを二つのジェットの横運動量ベクトルの和と差の間の方位角として定義し、第二フーリエ調和⟨cos(2Φ)⟩を測定した。
• 運動量再構築とイベント選別基準を適用して、非弾性的およびマルチパートン相互作用を含むバックグラウンドプロセスから排他的二ジェット事象を分離した。
• HERAデータに基づいてよく調整されたモデルの予測と測定された⟨cos(2Φ)⟩を比較した。このモデルは陽子-陽子散乱をよく説明するが、観測された上昇傾向を説明できない。
• 公開アクセスと今後の理論モデルとの比較を可能にするために、HEPDataを用いて表形式の結果を提供した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 排他的二ジェット生成における光子-lead 衝突における方位角相関⟨cos(2Φ)⟩は、グルーオン偏極を含むモデルが予測するように、二ジェットの横運動量が増加するにつれて上昇するか？
• RQ2 HERAデータに基づく既存のモデルは、高エネルギー光子-核衝突における観測された⟨cos(2Φ)⟩をどの程度よく説明できるか？
• RQ3 観測された方位角相関は、最終状態放射効果によって説明できるのか、それとも核内の本質的グルーオン偏極を示唆するのか？
• RQ4 パートンシャワーからの初期状態放射が、二ジェット事象における見かけの方位角非相関を生成する役割を果たすか？
• RQ5 UPCにおける排他的二ジェット生成の角度相関は、核内グルーオンの多次元的構造をどのように反映するか？

主な発見

• 測定された第二調和⟨cos(2Φ)⟩は正であり、二ジェットの横運動量が増加するにつれて上昇しており、方位角非相関効果が強まっていることを示唆する。
• 観測された⟨cos(2Φ)⟩の上昇は、広範なHERA陽子散乱データをよく説明するモデルの予測とは一致しない。
• HERAに基づくモデルがデータを説明できないことは、理論フレームワークに含まれていない追加のダイナミクス、例えばグルーオンの偏極が関与している可能性を示唆する。
• 本結果は、LHCにおける光子-核衝突における排他的二ジェット生成における方位角相関の最初の実験的証拠を提供し、核のグルーオン構造を調べる新しいチャネルを開く。
• 観測された相関は、最終状態放射だけでは完全に説明できない。最近の計算では非ゼロの調和が予測されるが、データの大きさと傾向はそれらの期待を超える。
• これらの発見は、核衝突における観測された角度相関にグルーオン偏極が寄与するメカニズムを明確にすることを促進する理論的・実験的取り組みを後押しする。