[论文解读] Central Exclusive Production at LHCb

R. McNulty|arXiv (Cornell University)|Nov 23, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 15被引用 6

一句话总结

本论文报告了LHCb在√s = 7和8 TeV下首次测量的底夸克偶素与粲夸克偶素的中心电荷交换产生（CEP）过程，采用具有快度间隙和低多重性的二μ子末态。研究报道了J/ψ、ψ(2S)和Υ态的纯态截面，其中J/ψ J/ψ对产生截面为58 ± 10 pb，与双Pomeron交换过程一致，并为低x区胶子部分子分布函数（PDF）提供了约束。

ABSTRACT

Central Exclusive Production is a unique QCD process in which particles are produced via colourless propagators. Several results have been obtained at LHCb for the production of single charmonia, pairs of charmonia, and single bottomonia.

研究动机与目标

• 利用LHCb探测器测量LHC上粲夸克偶素与底夸克偶素态的中心电荷交换产生（CEP）截面。
• 通过快度间隙、低带电粒子多重性和纯态二μ子末态识别CEP事例。
• 提取J/ψ、ψ(2S)、Υ(1S)、Υ(2S)和Υ(3S)态的纯态截面，包括J/ψ J/ψ和J/ψψ(2S)对产生截面。
• 将结果与Leading-Order（LO）和近似下一阶量子色动力学（NLO）QCD预测以及HERA数据进行比较。
• 评估底夸克偶素CEP在约束低x区胶子部分子分布函数（PDF）方面的潜力。

提出的方法

• 通过二μ子触发（pT > 400 MeV/c）并结合总带电粒子多重性 < 10的条件，利用LHCb的追踪、电磁量能器和粒子识别系统（2 < η < 5）选择CEP事例。
• 在后向区域（−3.5 < η < −1.5）使用硅strip追踪器实施快度间隙抑制，以抑制非纯态事例。
• 通过二μ子对的不变质量重建识别J/ψ、ψ(2S)和Υ态，质量窗口设定为已知值。
• 使用指数函数建模非共振QED背景，并估算来自χc和χb态的级联衰变贡献。
• 通过双指数函数拟合t分布（≈ pT²）以分离纯态（CEP）与强子态质子分解贡献。
• 利用标签与探测技术校正探测器效率，并通过蒙特卡罗模拟校正探测器接受度。

实验结果

研究问题

• RQ1 在√s = 7 TeV下，J/ψ和ψ(2S)介子通过中心电荷交换产生（CEP）的纯态产生截面是多少？
• RQ2 Υ(1S)态在CEP中有多高的纯态产生比例？与理论预测和HERA数据相比如何？
• RQ3 双粲夸克偶素产生（J/ψ J/ψ、J/ψψ(2S)）在CEP中的截面是多少？其中有多大比例与双Pomeron交换过程一致？
• RQ4 作为快度函数的微分截面与LO和近似NLO QCD预测相比如何？
• RQ5 底夸克偶素的CEP能否对低x区胶子PDF施加约束？不同实验中Υ(1S)的光致产生截面如何比较？

主要发现

• 在2 < ημ, yJ/ψ < 4.5的运动学区域内，纯态J/ψ产生截面（σ(pp → pJ/ψp）× BR(J/ψ → μμ)）测得为291 ± 7 ± 19 pb。
• J/ψ的纯态产生分数为(59.2 ± 1.2)%，ψ(2S)为(52 ± 7)%，表明CEP有显著贡献。
• 对于底夸克偶素，Υ(1S)的纯态产生分数为(54 ± 11)%，意味着约三分之一的总Υ产额来自CEP。
• J/ψ J/ψ对产生截面测得为58 ± 10 ± 6 pb，四μ子末态中观测到37个候选事例。
• J/ψ J/ψ的微分截面与近似NLO预测高度一致，NLO模型明显优于LO模型。
• 推导出的Υ(1S)光致产生截面与HERA结果一致，支持CEP作为探测低x区胶子PDF的有效工具。