[论文解读] Production of pions, kaons, and protons as a function of the relative transverse activity classifier in pp collisions at $ \sqrt{s} $ = 13 TeV

Acharya, Shreyasi, Adamova, Dagmar+1044 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

High-Energy Particle Collisions Research被引用 1

一句话总结

本研究测量了在 √s = 13 TeV 的 pp 碰撞中，识别出的强子（π、K、p）横动量谱随相对横向活动分类器（RT）的变化，RT 用于量化初始态辐射（UE）活动。结果表明，随着 RT 增加，高-pT 粒子产额在朝向和反向区域减少，这是由于 UE 占主导；而在横向区域，谱形呈现质量顺序的硬化，较重粒子表现出更强的硬化效应，验证了 RT 作为分离 UE 效应和研究高多重性事件中喷注碎片化动力学的工具的有效性。

ABSTRACT

The production of $π^\pm$, ${ m K}^\pm$, and $(\overline{ m p})$p is measured in pp collisions at $\sqrt{s}=13$ TeV in different topological regions. Particle transverse momentum ($p_{ m T}$) spectra are measured in the ``toward'', ``transverse'', and ``away'' angular regions defined with respect to the direction of the leading particle in the event. While the toward and away regions contain the fragmentation products of the near-side and away-side jets, respectively, the transverse region is dominated by particles from the Underlying Event (UE). The relative transverse activity classifier, $R_{ m T}=N_{ m T}/\langle N_{ m T} angle$, is used to group events according to their UE activity, where $N_{ m T}$ is the measured charged-particle multiplicity per event in the transverse region and $\langle N_{ m T} angle$ is the mean value over all the analysed events. The first measurements of identified particle $p_{ m T}$ spectra as a function of $R_{ m T}$ in the three topological regions are reported. The yield of high transverse momentum particles relative to the $R_{ m T}$-integrated measurement decreases with increasing $R_{ m T}$ in both the toward and away regions, indicating that the softer UE dominates particle production as $R_{ m T}$ increases and validating that $R_{ m T}$ can be used to control the magnitude of the UE. Conversely, the spectral shapes in the transverse region harden significantly with increasing $R_{ m T}$. This hardening follows a mass ordering, being more significant for heavier particles. The $p_{ m T}$-differential particle ratios $({ m p+\overline{p}})/(π^+ +π^-)$ and $({ m K^+ +K^-})/(π^+ +π^-)$ in the low UE limit $(R_{ m T} ightarrow 0)$ approach expectations from Monte Carlo generators such as PYTHIA 8 with Monash 2013 tune and EPOS LHC, where the jet-fragmentation models have been tuned to reproduce ${ m e^+ e^-}$ results.

研究动机与目标

• 研究在 √s = 13 TeV 的 pp 碰撞中，粒子产额如何依赖于初始态辐射（UE）活动。
• 利用相对横向活动分类器（RT = NT/⟨NT⟩）分离具有不同 UE 贡献的事件。
• 通过隔离 UE 占主导的区域，探究多部分子相互作用（MPIs）和初态/末态辐射在粒子产额中的作用。
• 检验是否基于 e+e− 数据标定的喷注碎片化模型（如 PYTHIA 8 Monash 2013、EPOS LHC）能够描述 pp 碰撞中低 UE 条件下的粒子比值。
• 检验小系统中类流体行为是否源于喷注硬化而非集体行为。

提出的方法

• 根据事件相对于主导粒子的方位角，将事件拓扑划分为三个区域：朝向区域（|Δϕ| < 60°）、横向区域（60° ≤ |Δϕ| < 120°）和反向区域（|Δϕ| ≥ 120°）。
• 使用相对横向活动分类器 RT = NT/⟨NT⟩，其中 NT 为横向区域内的带电粒子多重度，⟨NT⟩ 为所有事件的平均值。
• 在每个区域测量粒子横动量（pT）谱，并按 RT 分箱以研究 UE 依赖性。
• 分析聚焦于识别粒子 π±、K± 和 (p)p，其动量范围为 0.15 ≤ pT < 5 GeV/c，|η| < 0.8。
• 使用蒙特卡罗生成器（PYTHIA 8 Monash 2013、EPOS LHC）作为基准，比较低 UE 条件下的粒子比值。
• 评估并校正追踪效率、粒子识别和 RT 分辨率带来的系统不确定性，最终得到校正后的谱。

实验结果

研究问题

• RQ1 随着 UE 活动（RT）增加，朝向和反向区域中高-pT 粒子的产额如何变化？
• RQ2 在横向区域（主要由 UE 主导）中，谱形如何随 RT 增加而演化？是否表现出质量顺序？
• RQ3 在低 UE 极限（RT → 0）下，(p+p)/(π++π−) 和 (K++K−)/(π++π−) 的粒子比值在多大程度上与基于 e+e− 数据标定的喷注碎片化模型预测一致？
• RQ4 RT 是否可作为可靠代理，用于分离和控制 pp 碰撞中的 UE 贡献？
• RQ5 观察到的趋势是否表明小系统中类流体行为是由喷注硬化而非集体行为驱动的？

主要发现

• 在朝向和反向区域中，高-pT 粒子产额随 RT 增加而减少，表明在高 UE 活动下，较软的 UE 占主导地位。
• 在横向区域中，谱形随 RT 增加显著硬化，且硬化效应在较重粒子中更明显（π < K < p），表明 UE 响应具有质量依赖性。
• 在低 UE 极限（RT → 0）下，pT 微分的 (p+p)/(π++π−) 和 (K++K−)/(π++π−) 比值与 PYTHIA 8 Monash 2013 模型预测高度一致，支持该喷注碎片化模型在此区域的有效性。
• 随着 RT 增加，横向区域中观察到的硬化现象与从软 MPI 占主导向更硬辐射贡献转变的机制一致。
• 粒子谱对 RT 的依赖关系证实，RT 能有效分离具有不同 UE 贡献的事件，验证了其作为 UE 研究控制变量的有效性。
• 结果表明，多重性增加时喷注硬化可能模拟类流体行为，为小系统中集体类现象提供了一种可能的替代解释。