[論文レビュー] Open charm production in high multiplicity proton-proton events at the LHC

E. G. Ferreiro, C. Pajares|arXiv (Cornell University)|Jan 14, 2015

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 1被引用数 10

ひとこと要約

本論文は、LHCにおける高多重度の陽子-陽子衝突における色源同士の整合性効果が、開いたcharm（D⁰、D⁺、D⁻）の生成に非線形的増幅を引き起こすと提案している。特に、高密度領域では生成断面積がチャージド粒子多重度の2乗に比例して増加する。このモデルは、ストリングの重なりによる源の相互作用と減衰を基にし、ALICEが観測したDメソン生成断面積の線形より強い増加をうまく再現しており、小スケール系であっても高密度媒体の形成が示唆されている。

ABSTRACT

We present the dependence of $D$ production on the charged particle multiplicity in proton-proton collisions at LHC energies. We show that, in a framework of source coherence, the open charm production exhibits a growth with the multiplicity which is stronger than linear in the high density domain. This departure from linearity was previously observed in the $J/ψ$ inclusive data from proton-proton collisions at 7 TeV and was successfully described in our approach. Our assumption, the existence of coherence effects present in proton-proton collisions at high energy, applies for high multiplicity proton-proton collisions in the central rapidity region and should affect any hard observable.

研究の動機と目的

• LHCにおける高多重度pp衝突における開いたcharm生成が、密度の高い部分子的媒体を示す非線形的挙動を示すかどうかを調査すること。
• 色源同士の整合性効果（源密度と相互作用をモデル化）が、観測されたDメソン生成断面積の増幅を説明できるかどうかを検証すること。
• J/ψが以前に類似の挙動を示したのと同様に、Dメソンの非線形的増加とJ/ψの増加を比較し、プローブの硬さの役割を評価すること。
• 線形からの逸脱が、予想どおり、横方向運動量や粒子質量とともに増大するかどうかを特定すること。

提案手法

• 高エネルギーpp衝突を、有限な横方向サイズを持つ色源（ストリング）の間の相互作用としてモデル化し、源密度ρが有効な数の減少を決定すると仮定する。
• 源の重なりを補正するための減衰因子F(ρ) = √[(1−e⁻ᵣ)/ρ]を導入し、全多重度などのソフト観測量の低下を記述する。
• ハードプローブ（DおよびJ/ψ）が衝突回数に比例すると仮定するが、ソフト多重度は√Nsに比例するため、高密度領域で非線形的依存が生じる。
• 混合クォーク構成に基づき、D生成の50%をソフト（多重度に線形に比例）とし、残り50%をハード（J/ψと同様に2乗に比例）と仮定する。
• D生成断面積をnD/<nD> = 0.5×(dN/dη/<dN/dη>) + 0.5×[(1−<ρ>)(dN/dη/<dN/dη>) + <ρ>(dN/dη/<dN/dη>)²]の関係式を用いて計算する。
• ALICEが7 TeVで2 < pT < 4 GeVの範囲で測定したD⁰およびD⁺生成データを用いてモデルをキャリブレーションし、中央および前方迅速度領域のJ/ψデータと比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCにおける高多重度pp衝突における開いたcharm生成は、J/ψと同様にチャージド粒子多重度に対して非線形的依存を示すか？
• RQ2 色源同士の整合性効果が、高多重度領域におけるDメソン生成断面積の増幅を説明できるか？
• RQ3 D生成における線形からの逸脱は、予想どおり横方向運動量や粒子質量とともに増大するか？（より硬いプローブの予測に一致するか？）
• RQ4 観測された非線形的挙動は、小スケールpp系であっても高密度媒体の形成と整合的か？
• RQ5 ストリングのパーコレーションや飽和効果がデータを説明できるか、あるいは7 TeVでは無視できるか？

主な発見

• モデルは高密度領域においてDメソン生成が多重度に2次関数的依存することを予測しており、dN/dη/&lt;dN/dη&gt; = 8のときnD/&lt;nD&gt;が22.36に達する。
• モデルは7 TeV、2 < pT < 4 GeV範囲におけるALICEのD⁰およびD⁺生成データと良好に一致している。
• J/ψに比べてDメソンの非線形的増幅は弱く、これはJ/ψが質量が大きく、より硬く、源の整合性に感受性が高いからである。
• 線形からの逸脱は横方向運動量とともに増大し、より高いpTのDメソンでは非線形的上昇が顕著に現れる。
• dN/dη/&lt;dN/dη&gt; = 8のとき、源密度&lt;ρ&gt;は0.51に達しており、これは顕著な源の重なりと有効数の減少を示している。
• モデルはDメソン生成断面積が多重度に非線形的に増加することを予測しており、多重度が平均の1倍から9倍に増加した際、生成断面積は9倍に増加する。