[论文解读] Measurement of jpsi production in p+p collisions at \sqrts = 500 GeV at STAR experiment

Rongrong Ma|arXiv (Cornell University)|Sep 22, 2015

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 12被引用 7

一句话总结

本研究通过RHIC的STAR实验，首次测量了√s = 500 GeV p+p碰撞中包含J/ψ的产生，采用双电子和双μ子衰变道。结果揭示了J/ψ产额随事件多重性显著增强，且具有pT依赖性，与LHC数据一致，表明在不同能量下具有普适行为，同时与PYTHIA8和渗流模型的预测良好吻合。

ABSTRACT

Quarkonium measurements in heavy-ion collisions play an essential role in understanding the hot, dense medium created in such collisions. As a reference, their production mechanism in p+p collisions needs to be thoroughly understood. In this paper, we report the measurement of inclusive cross section of jpsi with transverse momentum (pT) above 4 GeV/c at mid-rapidity in p+p collisions at \sqrts = 500 GeV by the STAR experiment. The ratio of the yield of psi(2S) to jpsi integrated over 4 < pT < 12 GeV/c is also presented. Furthermore, the jpsi yields are studied in different event multiplicity bins in different jpsi pT regions, where the low pT measurement is enabled by the newly installed Muon Telescope Detector. A strong increase of the relative jpsi yield with the event multiplicity is observed for all pT with significant pT dependence.

研究动机与目标

• 测量√s = 500 GeV p+p碰撞中快度区中（mid-rapidity）的包含J/ψ微分截面。
• 研究在4 < pT < 12 GeV/c范围内ψ(2S)与J/ψ产额之比随pT的变化。
• 研究J/ψ产额在不同pT区间内对事件活动性（多重性）的依赖关系。
• 将观测到的J/ψ产额增强与PYTHIA8和渗流模型等理论模型进行比较。
• 为基本粒子碰撞中的J/ψ产生提供参考，以解释重离子碰撞中的抑制现象。

提出的方法

• 采用双电子道，通过重建2.7–3.3 GeV/c²范围内的e+e−对的不变质量来测量J/ψ产生，背景通过同号对减去。
• 借助新安装的μ子望远镜探测器（MTD），双μ子道使低pT J/ψ（低至pT ≈ 0 GeV/c）的测量成为可能，通过μ+μ−对的不变质量拟合实现。
• 通过量能器区（Barrel Time-Of-Flight, TOF）中带电粒子的多重性对事件活动性进行分类，以避免堆叠效应。
• 将相对J/ψ产额归一化至最小截面（MB）样本，以最小化系统误差，并实现不同事件类之间的比较。
• 双电子道中，信号使用Crystal-ball函数，背景使用指数函数；双μ子道中，信号使用高斯函数，背景使用指数函数。
• 评估了系统误差，包括MB样本中因事件选择偏差导致的15%单边误差。

实验结果

研究问题

• RQ1 在√s = 500 GeV的p+p碰撞中，包含J/ψ的微分截面如何随横动量（pT）变化？
• RQ2 在4 < pT < 12 GeV/c范围内，ψ(2S)与J/ψ产额之比是多少？其随pT如何变化？
• RQ3 相对J/ψ产额如何随事件多重性变化？这种依赖关系是否具有pT依赖性？
• RQ4 PYTHIA8和渗流模型在多大程度上能描述观测到的J/ψ产额增强与事件活动性的关系？
• RQ5 J/ψ产额增强是否在不同碰撞能量（如RHIC和LHC）下表现出统一的缩放行为？”

主要发现

• 在快度区中（|y| < 1），对pT > 4 GeV/c的包含J/ψ微分截面进行了测量，在适用动量范围内，数据与非相对论性QCD（NRQCD）计算结果良好一致。
• 在4 < pT < 12 GeV/c范围内，ψ(2S)与J/ψ产额之比在pT ≈ 6.8 GeV/c处约为3.5%，总系统误差约为18%。
• 观测到相对J/ψ产额随事件多重性显著且单调增加，且在较高pT下增强更为剧烈。
• 对于多重性约为平均值3倍的事件，pT > 8 GeV/c时的J/ψ产额相比MB基准值增强了约7.5倍。
• 在最低多重性区间，4 < pT < 8 GeV/c的相对J/ψ产额比pT > 8 GeV/c高62%；但在最高多重性区间，反而低34%，表明存在强烈的pT依赖性。
• RHIC（500 GeV）下J/ψ产额增强随事件活动性的趋势与ALICE在7 TeV下的测量结果一致，提示在不同碰撞能量下可能存在统一的依赖关系。