[論文レビュー] Two-particle azimuthal correlations in $\gamma$p interactions using pPb collisions at $\sqrt{s_\mathrm{NN}}$ = 8.16 TeV

CMS Collaboration|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、LHCのCMS検出器を用いて、√sNN = 8.16 TeVにおけるpPb衝突における超外縁データ68.8 nb⁻¹を用い、γp反応からの2粒子方位相関におけるフーリエ係数（Vn∆）の初回測定を報告する。結果は、γpイベントにおいてV2∆ > 0およびV1∆ < 0であることを示し、V2∆は最小断面積pPb衝突よりも大きい。これは集団的効果を含まないモデルと整合的であり、γp系に長距離集団的相互作用の証拠がないことを示唆している。

ABSTRACT

The first measurements of the Fourier coefficients ($V_{n\Delta}$) of the azimuthal distributions of charged hadrons emitted from photon-proton ($\gamma$p) interactions are presented. The data are extracted from 68.8 nb$^{-1}$ of ultra-peripheral proton-lead (pPb) collisions at $\sqrt{s_\mathrm{NN}}$ = 8.16 TeV using the CMS detector. The high energy lead ions produce a flux of photons that can interact with the oncoming proton. This $\gamma$p system provides a set of unique initial conditions with multiplicity lower than in photon-lead collisions but comparable to recent electron-positron and electron-proton data. The $V_{n\Delta}$ coefficients are presented in ranges of event multiplicity and transverse momentum ($p_\mathrm{T}$) and are compared to corresponding hadronic minimum bias pPb results. For a given multiplicity range, the mean $p_\mathrm{T}$ of charged particles is smaller in $\gamma$p than in pPb collisions. For both the $\gamma$p and pPb samples, $V_{1\Delta}$ is negative, $V_{2\Delta}$ is positive, and $V_{3\Delta}$ consistent with 0. For each multiplicity and $p_\mathrm{T}$ range, $V_{2\Delta}$ is larger for $\gamma$p events. The $\gamma$p data are consistent with model predictions that have no collective effects thus suggesting the absence of collectivity in the $\gamma$p system over the multiplicity range explored in this work.

研究の動機と目的

• √sNN = 8.16 TeVにおける超外縁pPb衝突からのγp反応における2粒子方位相相関のフーリエ係数（Vn∆）を測定すること。
• 小断面積pPb衝突における相関パターンと比較することで、小スケール系における集団的相互作用を調査すること。
• γp系が、高多重度ppおよびpPb衝突で観測されたものと同様の長距離相関やリッジ構造を示すかどうかを検証すること。
• 集団的効果を含まないモデルとデータの整合性を評価すること。

提案手法

• LHCにおける√sNN = 8.16 TeVの超外縁pPb衝突から68.8 nb⁻¹のデータを収集し、CMS検出器を用いた。
• チャージドハドロンはピアソン・フロー法を用いて再構築され、方位相相関は2粒子相関関数を介して計算された。
• フーリエ係数Vn∆は、Vn∆ = ⟨cos(n(Δϕ))⟩として抽出され、Δϕは粒子対間の相対的方位角である。
• イベント多重度および横運動量（pT）の範囲を用いてデータをビン化し、γpおよび最小断面積pPbサンプル間の比較を行った。
• 分析では、PYTHIA v8.2およびHIJING v2.1のシミュレーションと比較され、検出器効果のための完全なGEANT4およびDelphes v3.4.2のシミュレーションが用いられた。
• γp系は、前方カリメーター（HFおよびZDC）を介して分離された。これらの検出器は、超外縁衝突における準実効光子フラックスからの高エネルギー光子を特定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 超外縁pPb衝突におけるγp反応は、高多重度ppおよびpPb系で観測されたものと同様の長距離方位相相関を示すか？
• RQ2 異なる多重度およびpT範囲において、γpイベントにおけるフーリエ係数V1∆、V2∆、V3∆は、最小断面積pPb衝突におけるそれらとどのように比較できるか？
• RQ3 水力学的モデルが示唆するように、γp系に楕円的または三角的流れのような集団的挙動の証拠があるか？
• RQ4 データは、集団的効果を含まないモデルとどの程度整合しているか？

主な発見

• V1∆は、γpおよび最小断面積pPbイベントの両方で負であり、粒子が反対半球に放出されやすい傾向があることを示している。
• V2∆は、γpおよびpPbイベントの両方で正であり、非対称な放出を示しているが、同じ多重度およびpT範囲においてγpイベントでより大きい。
• V3∆は、γpおよびpPb系の両方でゼロと整合的であり、顕著な三角的流れの証拠がないことを示している。
• 同じ多重度範囲において、γpイベントにおけるチャージド粒子の平均横運動量（pT）は、最小断面積pPbイベントよりも低い。
• γpデータは、集団的効果を含まないモデルの予測と整合的であり、クォーク・グルーオンプラズマまたは水力学的挙動の証拠がないことを示唆している。
• γp衝突では、長距離近接リッジ構造は観測されず、この系に強い集団的相互作用がないことと整合的である。