[论文解读] Correlations between D and $\bar{D}$ mesons produced in 500 GeV/c $π^-$-nucleon interactions

E. M. Aitala|arXiv (Cornell University)|Sep 28, 1998

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 1被引用 5

一句话总结

本研究利用费米实验室E791实验的数据，调查了500 GeV/c π⁻-核子相互作用中D和D̄介子之间的关联。观测到显著的方位角关联以及微弱的纵向动量关联，且数据与Pythia/Jetset模拟及下一阶微扰QCD计算结果存在差异，表明需对模型参数进行调整或引入高阶修正，以改进对底夸克产生动力学的理论描述。

ABSTRACT

We present a study of correlations between D and $\bar{D}$ mesons produced in 500 GeV/$c$ $π^-$-nucleon interactions, based on data from experiment E791 at Fermilab. We have fully reconstructed $791 \pm 44$ charm meson pairs to study correlations between the transverse and longitudinal momenta of the two D mesons and the relative production rates for different types of D meson pairs. We see slight correlations between the longitudinal momenta of the D and the $\bar D$, and significant correlations between the azimuthal angle of the D and the $\bar D$. The experimental distributions are compared to a next-to-leading-order QCD calculation and to predictions of the {\sc Pythia/Jetset} Monte Carlo event generator. We observe less correlation between transverse momenta and different correlations between longitudinal momenta than these models predict for the default values of the model parameters. Better agreement between data and theory might be achieved by tuning the model parameters or by adding higher order perturbative terms, thus contributing to a better understanding of charm production. The relative production rates for the four sets of charm pairs, $D^0\bar{D}^{0}$, $D^0D^-$, $D^+\bar{D}^{0}$, $D^+D^-$, as calculated in the {\sc Pythia/Jetset} event generator with the default parameters, agree with data as far as the relative ordering, but predict too many $D^+\bar{D}^{0}$ pairs and too few $D^+D^-$ pairs.

研究动机与目标

• 测量高能π⁻-核子相互作用中D和D̄介子横向与纵向动量之间的关联。
• 将不同D介子对（D⁰D̄⁰、D⁰D⁻、D⁺D̄⁰、D⁺D⁻）的相对产生率与理论预测进行比较。
• 检验下一阶微扰QCD计算与Pythia/Jetset蒙特卡洛事件生成器在描述粲介子产生方面的有效性。
• 识别数据与模型之间的差异，这些差异可能需要对模型参数进行调整或引入高阶微扰QCD效应。

提出的方法

• 利用费米实验室的E791探测器，从500 GeV/c π⁻-核子相互作用中完全重建了791 ± 44对D-D̄介子。
• 分析了D和D̄介子之间在横向动量、纵向动量及方位角上的关联。
• 将实验分布与下一阶微扰QCD计算预测及Pythia/Jetset蒙特卡洛事件生成器的预测进行比较。
• 使用统计分析评估四种D介子对类型的相对产生率。
• 进行参数调优模拟以评估模型与数据的一致性。
• 采用已发表的论文版本（v2），包含更正的格式与DOI，以确保一致比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在500 GeV/c的π⁻-核子相互作用中，D和D̄介子的横向动量之间是否存在可测量的关联？
• RQ2 D和D̄介子之间的纵向动量关联与下一阶微扰QCD计算预测相比如何？
• RQ3 Pythia/Jetset蒙特卡洛模拟在多大程度上准确再现了不同D介子对类型的相对产生率？
• RQ4 观测到的D和D̄介子之间的方位角关联是否显著偏离理论模型预测？
• RQ5 通过参数调优或引入高阶微扰QCD修正，能否实现数据与模型之间更好的一致性？

主要发现

• 观测到D和D̄介子方位角之间存在显著关联，表明其产生具有非随机的角分布。
• 发现D和D̄介子纵向动量之间存在微弱关联，但弱于默认Pythia/Jetset设置的预测。
• Pythia/Jetset生成器预测的D⁺D̄⁰对数量过多，而D⁺D⁻对数量过少，与实测相对产生率不符。
• 数据中D和D̄介子之间的横向动量关联弱于Pythia/Jetset和下一阶微扰QCD计算的预测。
• 数据与模型之间的差异表明，要么需对模型参数进行调优，要么需引入高阶微扰QCD贡献，才能实现准确描述。
• 结果表明，当前描述强子相互作用中底夸克产生机制的理论框架需要改进，以匹配实验观测。