[論文レビュー] Measurement of the fraction of jet longitudinal momentum carried by $\Lambda_{ m c}^+$ baryons in pp collisions

Acharya, Shreyasi, Adamova, Dagmar+1037 more|arXiv (Cornell University)|Jan 31, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、ALICEデータを用いて、√𝑠 = 13 TeVのpp衝突におけるΛ+𝑐バリオンが運ぶ縦方向ジェット運動量分率𝑧ch||の最初の測定を提示する。結果は、charmクォークがΛ+𝑐バリオンに崩壊する際、D0メソンに比べてより軟らかく崩壊することを示しており、ハドロン化過程におけるストリング崩壊の非主要色効果を含むモデルを支持するとともに、異なる衝突系におけるcharmクォーク崩壊関数の普遍性に疑問を呈する。

ABSTRACT

Recent measurements of charm-baryon production in hadronic collisions have questioned the universality of charm-quark fragmentation across different collision systems. In this work the fragmentation of charm quarks into charm baryons is probed, by presenting the first measurement of the longitudinal jet momentum fraction carried by $Λ_{ m c}^{+}$ baryons, $z^{\mathrm{ch}}_\mathrm{||}$, in hadronic collisions. The results are obtained in proton-proton (pp) collisions at $\sqrt{s}=13$ TeV at the LHC, with $Λ_{ m c}^{+}$ baryons and charged (track-based) jets reconstructed in the transverse momentum intervals of $3 \leq p_{ m T}^{Λ_{ m c}^{+}} < 15$ GeV/$c$ and $7 \leq p_{ m T}^{ m jet\;ch} < 15$ GeV/$c$, respectively. The $z^{\mathrm{ch}}_\mathrm{||}$ distribution is compared to a measurement of ${ m D}^0$-tagged charged jets in pp collisions as well as to PYTHIA 8 simulations. The data hints that the fragmentation of charm quarks into charm baryons is softer with respect to charm mesons, in the measured kinematic interval, as predicted by hadronisation models which include colour correlations beyond leading-colour in the string formation.

研究の動機と目的

• pp衝突におけるcharmクォークのcharmバリオンへの崩壊を調べ、異なる衝突系における崩壊関数の普遍性を検証すること。
• ジェット内におけるΛ+𝑐バリオンが運ぶ縦方向運動量分率𝑧ch||の測定を通じて、ハドロン化ダイナミクスの微分的プローブを提供すること。
• Λ+𝑐バリオンの𝑧ch||分布をD0メソンおよび非主要色ストリング効果を含むPYTHIA 8シミュレーションと比較すること。
• 特にe+e−およびepデータにチューニングされたシミュレーションとデータの乖離に起因する、charmセクターにおける崩壊関数の普遍性の妥当性を検証すること。
• 包含断面積や生成率比を超えたハドロン化モデルを制約するための、新たなジェットベースの観測量を提供すること。

提案手法

• PYTHIA 8 Monashチューニング済みモンテカルロイベントを用いてトレーニングされた多次元BDT技術を用いて、Λ+𝑐 → pK0𝑆 → pπ+π−の崩壊チェーンを通じてΛ+𝑐バリオンを再構築する。
• ジェットクラスタリングの前に、Λ+𝑐候補の娘粒子をその再構築された4元運動量ベクトルに置き換えることで、ジェット運動量と整合性を保つ。
• |𝜂| < 0.9および𝑝T > 0.15 GeV/𝑐のチャージドトラックを用いて、反𝑘Tアルゴリズム（𝑅 = 0.4）でジェットを再構築し、ジェット横方向運動量は5 ≤ 𝑝jet𝑇 < 35 GeV/𝑐の範囲とする。
• ジェットに再構築されたΛ+𝑐候補を成分として含むジェットのみを選別し、observable 𝑧ch|| = 𝑝Λ+𝑐|| / 𝑝jet||のインジェットタギングを確実にする。
• 検出器効果および再構築バイアスを補正するため、アンフォールディング技術を用いて𝑧ch||分布を粒子レベルに補正する。
• 補正済み𝑧ch||分布を、非主要色寄与を含む・含まないPYTHIA 8シミュレーションおよび同じpp衝突データにおけるD0タグ付きジェット測定結果と比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √𝑠 = 13 TeVのpp衝突において、charmクォークがΛ+𝑐バリオンに崩壊する際、D0メソンに崩壊する場合よりも軟らかいか？
• RQ2 ジェット内におけるΛ+𝑐バリオンの測定𝑧ch||分布は、標準モンテカルロモデルが仮定する崩壊関数の普遍性に基づく予測から著しく逸脱しているか？
• RQ3 ストリング崩壊に非主要色効果を組み込んだモデルは、観測されたΛ+𝑐バリオンの𝑧ch||分布を再現できるか？
• RQ4 同じ運動量領域において、ジェット内におけるΛ+𝑐生成挙動はD0メソンと定量的にどのように比較できるか？
• RQ5 ジェット内におけるΛ+𝑐/D0比は、低𝑝T領域における包含測定で観測された増幅と同程度のものか？

主な発見

• 測定されたΛ+𝑐バリオンの𝑧ch||分布は、同じ運動量領域におけるD0メソンのそれよりも軟らかく、ジェット内におけるΛ+𝑐バリオンが平均的により低い運動量分率を運んでいることを示している。
• e+e−およびepデータにチューニングされたPYTHIA 8シミュレーションとは著しく異なる結果が低𝑧ch||領域で観測され、charmクォーク崩壊における非普遍性を示唆している。
• PYTHIA 8のストリング崩壊モデルに非主要色効果を組み込むことで、データとの整合性が向上し、バリオン形成における色相関の役割を支持する。
• Λ+𝑐バリオンの𝑧ch||分布は、ハドロン化過程における三クォーククラスタ形成を考慮した理論モデルと整合しており、これは主色近似では捉えきれない。
• charmクォークがΛ+𝑐バリオンに軟らかく崩壊する現象は、異なるジェットおよびΛ+𝑐横方向運動量領域にわたり一貫しており、崩壊関数パラメータ化の見直しが必要であることを強化する。
• 本結果は、特に高密度環境下において、charmクォークがバリオンに崩壊する過程を、メソンに用いられる同一の普遍関数では記述できないことを直接的証明している。