[论文解读] Kinematic biases on centrality selection of jet events in pPb collisions at the LHC

N. Armesto, D. Gulhan+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 10, 2015

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 8被引用 11

一句话总结

本文提出了一种基于质子-铅核碰撞中喷子与背景事件之间能量-动量守恒的运动学偏差模型，表明质子能量约束显著影响事件的中心度选择。通过将PYTHIA双喷子事件与按质子部分子动量分数缩放的HIJING背景事件结合，该模型成功再现了CMS和ATLAS在中心至半中心碰撞中的喷子抑制数据，表明仅靠运动学效应即可解释观测到的中心度依赖性的大部分特征，仅在边缘碰撞中失效，此时铅核能量约束占主导地位。

ABSTRACT

Centrality selection has been observed to have a large effect on jet observables in pPb collisions at the Large Hadron Collider, stronger than that predicted by the nuclear modification of parton densities. We study to which extent simple considerations of energy-momentum conservation between the hard process and the underlying event affect jets observables in such collisions. We develop a simplistic approach that considers first the production of jets in a pp collision as described by PYTHIA. From each pp collision, the value of the energy of the parton from the proton participating in the hard scattering is extracted. Then, the underlying event is generated simulating a pPb collision through HIJING, but with the energy of the proton decreased according to the value extracted in the previous step, and both collisions are superimposed. This model is able to capture the bulk of the centrality effect for central to semicentral collisions, for the two available sets of data: dijets from the CMS Collaboration and single jets from the ATLAS Collaboration. As expected, the model fails for peripheral collisions where very few nucleons from Pb participate.

研究动机与目标

• 研究喷子与背景事件之间能量-动量守恒所导致的运动学约束，是否足以解释pPb碰撞中喷子可观测量的强烈中心度依赖性。
• 评估观测到的喷子抑制（R_{pPb}）的中心度效应是否可归因于简单的运动学偏差，而非核部分子密度的改变。
• 检验在非对称pPb体系中，中心度选择的鲁棒性，特别是与碰撞参数和事件活动性的关系。
• 开发一个最小化模型，以隔离质子能量约束在塑造中心度依赖性喷子可观测量中的作用。
• 在将效应归因于更复杂的核动力学之前，为解释pPb碰撞中的喷子数据提供一个基线。

提出的方法

• 在√s = 5.02 TeV下使用PYTHIA生成双喷子或单喷子事件，提取参与强散射的质子部分子动量分数（x_p）。
• 使用HIJING模拟最小bias pPb事件，但将质子束流能量缩放为(1−x_p) × E_p，以与强过程保持能量-动量守恒。
• 在共同参考系中叠加PYTHIA强事件与缩放后的HIJING背景事件，形成完整事件。
• 在组合事件中计算喷子抑制比R_{pPb}，并与CMS（双喷子）和ATLAS（单喷子）的实验数据进行比较。
• 基于Pb出射方向（−4.9 < η < −3.2）的总横向能量实施中心度选择，与实验定义一致。
• 评估模型在各类中心度下的表现，重点关注其中心至半中心碰撞中与数据的一致性，以及在边缘碰撞中的失效。

实验结果

研究问题

• RQ1 仅对质子施加能量-动量守恒约束，能在多大程度上解释pPb碰撞中观测到的喷子抑制的中心度依赖性？
• RQ2 基于部分子动量分数的简单运动学模型，是否能再现CMS和ATLAS喷子数据中观测到的大部分中心度效应？
• RQ3 为何该模型在边缘pPb碰撞中失效？这对我们理解Pb能量约束的作用有何启示？
• RQ4 在非对称碰撞中，引入质子能量约束如何影响对中心度选择的解释？
• RQ5 在喷子可观测量的观测中心度依赖性中，有多少比例可归因于运动学偏差，而非核部分子密度效应？

主要发现

• 该模型成功再现了CMS双喷子和ATLAS单喷子在中心和半中心pPb碰撞中的喷子抑制（R_{pPb}）的中心度依赖性。
• 在0–10%和20–30%的中心度区间内，与数据的符合度很高，尤其在中央赝快度区域表现突出。
• 在边缘碰撞（如60–90%）中模型失效，符合预期，因为Pb能量约束变得显著，而模型中未加以考虑。
• 喷子可观测量中观测到的中心度依赖性主要由质子的运动学约束解释，而非核部分子密度的改变。
• 该模型表明，在归因于更复杂的核动力学之前，必须首先考虑简单的能量-动量守恒效应。
• 结果强调了需要发展更完善的模型，以同时考虑非对称碰撞中轰击子与靶核系统的约束。