[论文解读] Underlying-event properties in pp and p$-$Pb collisions at $\sqrt{s_{ m NN}} = 5.02$ TeV

ALICE Collaboration|arXiv (Cornell University)|Apr 21, 2022

High-Energy Particle Collisions Research被引用 3

一句话总结

本研究利用触发粒子（ptrig_T）在三个方位角区域（朝向、横向、远离）相对于带电粒子密度，测量了√sNN = 5.02 TeV 下 pp 和 p–Pb 碰撞中的底层事件（UE）特性。结果表明，在两种体系中，横向区域的 UE 活动在 ptrig_T ≈ 5 GeV/c 时趋于饱和，且在减去 UE 贡献后，pp 和 p–Pb 碰撞中的喷注样活动在超过 10 GeV/c 后趋于一致。PYTHIA 8/Monash 和 EPOS LHC 模型对数据的描述程度不一，尤其在横向区域表现各异。

ABSTRACT

We report about the properties of the underlying event measured with ALICE at the LHC in pp and p$-$Pb collisions at $\sqrt{s_{ m NN}}=5.02$ TeV. The event activity, quantified by charged-particle number and summed-$p_{ m T}$ densities, is measured as a function of the leading-particle transverse momentum ($p_{ m T}^{ m trig}$). These quantities are studied in three azimuthal-angle regions relative to the leading particle in the event: toward, away, and transverse. Results are presented for three different $p_{ m T}$ thresholds (0.15, 0.5, and 1 GeV/$c$) at mid-pseudorapidity ($|η|<0.8$). The event activity in the transverse region, which is the most sensitive to the underlying event, exhibits similar behaviour in both pp and p$-$Pb collisions, namely, a steep increase with $p_{ m T}^{ m trig}$ for low $p_{ m T}^{ m trig}$, followed by a saturation at $p_{ m T}^{ m trig} \approx 5$ GeV/$c$. The results from pp collisions are compared with existing measurements at other centre-of-mass energies. The quantities in the toward and away regions are also analyzed after the subtraction of the contribution measured in the transverse region. The remaining jet-like particle densities are consistent in pp and p$-$Pb collisions for $p_{ m T}^{ m trig}>10$ GeV/$c$, whereas for lower $p_{ m T}^{ m trig}$ values the event activity is slightly higher in p$-$Pb than in pp collisions. The measurements are compared with predictions from the PYTHIA 8 and EPOS LHC Monte Carlo event generators.

研究动机与目标

• 研究 √sNN = 5.02 TeV 下高多重性 pp 和 p–Pb 碰撞中的底层事件（UE）结构。
• 比较不同体系（pp 与 p–Pb）中的 UE 活动，以探究多部分子相互作用和类似集体效应的体系尺寸依赖性。
• 通过从横向区域减去 UE 估计值，分离喷注样贡献，从而实现在不同碰撞体系中喷注碎片化的直接比较。
• 测试 PYTHIA 8/Monash 和 EPOS LHC 事件生成器在描述小体系中 UE 和喷注样粒子产生方面的性能。

提出的方法

• 在每个事件中，将带电粒子中 pT 最大的粒子识别为触发粒子。
• 将关联粒子划分为三个方位角区域：相对于触发粒子的朝向区域（|Δϕ| < 60°）、横向区域（60° < |Δϕ| < 120°）和远离区域（|Δϕ| > 120°）。
• 测量每个区域在三种 pT 阈值（0.15、0.5 和 1 GeV/c）下的带电粒子多重性和总 pT 密度。
• 利用横向区域估计 UE 贡献，并从朝向和远离区域中减去该值，以分离喷注样活动。
• 在 √sNN = 5.02 TeV 条件下，比较 pp 和 p–Pb 碰撞的结果，并与 PYTHIA 8/Monash 和 EPOS LHC 事件生成器的预测进行对比。
• 使用中快度区（|η| < 0.8）以确保探测器接受度一致，并减少非均匀性影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 √sNN = 5.02 TeV 下，pp 和 p–Pb 碰撞中，横向区域的底层事件活动如何随 ptrig_T 增加而演化？
• RQ2 在从横向区域减去 UE 贡献后，pp 和 p–Pb 碰撞中朝向和远离区域的喷注样粒子密度在多大程度上出现偏差？
• RQ3 体系尺寸（pp 与 p–Pb）是否会影响低 ptrig_T 下的喷注样活动？若影响，其机制如何？
• RQ4 PYTHIA 8/Monash 和 EPOS LHC 事件生成器在描述 5.02 TeV 下小体系中测量的 UE 和喷注样粒子密度方面表现如何？
• RQ5 是否存在类似集体行为或色连接效应的证据，如在 ptrig_T ≈ 5 GeV/c 时 UE 活动趋于饱和所暗示的？

主要发现

• 在 pp 和 p–Pb 碰撞中，横向区域的 UE 活动在低 ptrig_T 值（< 5 GeV/c）时急剧增加，并在 ptrig_T ≈ 5 GeV/c 时趋于饱和。
• 当 ptrig_T > 10 GeV/c 时，减去横向区域 UE 贡献后，pp 和 p–Pb 碰撞中朝向和远离区域的喷注样粒子密度趋于一致。
• 在 ptrig_T < 10 GeV/c 时，p–Pb 碰撞中的事件活动仍略高于 pp 碰撞，表明 p–Pb 中可能存在增强的多部分子相互作用或色连接效应。
• PYTHIA 8/Monash 生成器在低 ptrig_T 下合理再现了横向区域的 UE 活动，但低估了饱和平台区域，而 EPOS LHC 在平台区域与数据的符合度更好。
• EPOS LHC 生成器预测的横向区域 UE 活动高于实际观测值，尤其在低 ptrig_T 时；而 PYTHIA 8/Angantyr 相较于 PYTHIA 8/Monash 在 p–Pb 数据上表现出更优的符合度。
• 本研究证实，横向区域对 UE 动力学最为敏感，其行为支持撞击参数偏差模型，即高 pT 触发粒子倾向于选择碰撞参数较小的中心碰撞事件。