[논문 리뷰] Correlations between D and $\bar{D}$ mesons produced in 500 GeV/c $π^-$-nucleon interactions

E. M. Aitala|arXiv (Cornell University)|1998. 09. 28.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 1인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 페르미랩의 E791 실험에서 확보한 500 GeV/c π⁻-핵자 상호작용에서 생성된 D 및 D̄ 메손 간 상관관계를 조사한다. 축방향 각도 상관관계가 뚜렷하게 관측되었고, 종방향 운동량 상관관계는 약간 존재하였으며, Pythia/Jetset 시뮬레이션과 다음 주요 순서(QCD) 계산 결과와의 격리가 있으며, 이는 이론적 묘사의 정밀도 향상을 위해 모형 매개변수 조정 또는 고차항 보정이 필요함을 시사한다.

ABSTRACT

We present a study of correlations between D and $\bar{D}$ mesons produced in 500 GeV/$c$ $π^-$-nucleon interactions, based on data from experiment E791 at Fermilab. We have fully reconstructed $791 \pm 44$ charm meson pairs to study correlations between the transverse and longitudinal momenta of the two D mesons and the relative production rates for different types of D meson pairs. We see slight correlations between the longitudinal momenta of the D and the $\bar D$, and significant correlations between the azimuthal angle of the D and the $\bar D$. The experimental distributions are compared to a next-to-leading-order QCD calculation and to predictions of the {\sc Pythia/Jetset} Monte Carlo event generator. We observe less correlation between transverse momenta and different correlations between longitudinal momenta than these models predict for the default values of the model parameters. Better agreement between data and theory might be achieved by tuning the model parameters or by adding higher order perturbative terms, thus contributing to a better understanding of charm production. The relative production rates for the four sets of charm pairs, $D^0\bar{D}^{0}$, $D^0D^-$, $D^+\bar{D}^{0}$, $D^+D^-$, as calculated in the {\sc Pythia/Jetset} event generator with the default parameters, agree with data as far as the relative ordering, but predict too many $D^+\bar{D}^{0}$ pairs and too few $D^+D^-$ pairs.

연구 동기 및 목표

• 고에너지 π⁻-핵자 상호작용에서 D 및 D̄ 메손의 횡방향 및 종방향 운동량 간 상관관계를 측정한다.
• 다른 D 메손 쌍(예: D⁰D̄⁰, D⁰D⁻, D⁺D̄⁰, D⁺D⁻)의 상대 생성 비율을 이론적 예측과 비교한다.
• 다음 주요 순서(QCD) 계산과 Pythia/Jetset 몬테카를로 시뮬레이션의 이론적 기반이 쿼ark 생성 역학을 얼마나 잘 묘사하는지 검증한다.
• 데이터와 모형 간의 격리가 나타나는 원인을 규명하여 모형 매개변수 조정 또는 고차항 양자 chromodynamics(QCD) 기여를 고려할 필요가 있음을 밝힌다.

제안 방법

• 페르미랩의 E791 검출기로 500 GeV/c π⁻-핵자 상호작용에서 완전히 재구성된 791 ± 44개의 D-D̄ 메손 쌍을 이용한다.
• D 및 D̄ 메손 간 횡방향 운동량, 종방향 운동량, 그리고 축방향 각도의 상관관계를 분석한다.
• 실험적 분포를 다음 주요 순서(QCD) 계산 예측과 Pythia/Jetset 몬테카를로 이벤트 생성기 예측과 비교한다.
• 통계적 분석을 통해 네 가지 D 메손 쌍 유형의 상대 생성 비율을 평가한다.
• 모형-데이터 일치도 평가를 위해 매개변수 조정 시뮬레이션을 수행한다.
• 일致한 비교를 위해 수정된 스타일과 DOI를 포함한 논문 버전(v2)을 사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 500 GeV/c에서 π⁻-핵자 상호작용에서 생성된 D 및 D̄ 메손의 횡방향 운동량 간에 측정 가능한 상관관계가 존재하는가?
• RQ2 D 및 D̄ 메손 간 종방향 운동량 상관관계는 다음 주요 순서(QCD) 계산 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ3 Pythia/Jetset 몬테카를로 시뮬레이션은 다양한 D 메손 쌍 유형의 상대 생성 비율을 얼마나 정확하게 재현하는가?
• RQ4 관측된 D 및 D̄ 메손 간 축방향 각도 상관관계는 이론 모형 예측과 유의미하게 다를까?
• RQ5 모형 매개변수 조정 또는 고차항 양자 chromodynamics(QCD) 기여를 포함함으로써 데이터와 모형 간 일치도를 향상시킬 수 있는가?

주요 결과

• D 및 D̄ 메손 간 축방향 각도에 유의미한 상관관계가 관측되어, 그들의 생성이 무작위적인 각도 분포가 아님을 시사한다.
• D 및 D̄ 메손 간 종방향 운동량 상관관계는 약간 존재하지만, 기본 Pythia/Jetset 설정에서 예측한 것보다 약하다.
• Pythia/Jetset 생성기는 측정된 상대 생성 비율에 비해 D⁺D̄⁰ 쌍을 너무 많이 예측하고 D⁺D⁻ 쌍을 너무 적게 예측한다.
• 데이터는 Pythia/Jetset 및 다음 주요 순서(QCD) 계산 예측보다 D 및 D̄ 메손 간 횡방향 운동량 상관관계가 더 약하다고 나타났다.
• 데이터와 모형 간의 격리는 모형 매개변수 조정이나 고차항 양자 chromodynamics(QCD) 기여의 포함이 필요함을 시사한다.
• 결과는 현재 하드론 상호작용에서 쿼크 생성을 묘사하는 이론적 프레임워크가 실험 관측치를 정확히 반영하기 위해 개선이 필요함을 암시한다.