[论文解读] Correlations of $μμ$, $eμ$, and $ee$ pairs in $p$+$p$ collisions at $\sqrt{s}=200$ GeV and implications for $c\bar{c}$ and $b\bar{b}$ production mechanisms

C. Aidala, Y. Akiba+292 more|arXiv (Cornell University)|May 10, 2018

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

本研究利用PHENIX实验数据，分析了在√s = 200 GeV的p+p碰撞中，来自c¯c和b¯b夸克对的μ子、电子-μ子及电子对的角关联。结果表明，b¯b产生中主要贡献来自对产生（PC），占比76%±19%；而c¯c产生则主要由味激发（FE）主导，且数据最符合PYTHIA Tune A模型，而非POWHEG模型。

ABSTRACT

PHENIX has measured the azimuthal correlations of muon pairs from charm and bottom semi-leptonic decays in $p$+$p$ collisions at $\sqrt{s}=200$ GeV, using a novel analysis technique utilizing both unlike- and like-sign muon pairs to separate charm, bottom and Drell-Yan contributions. The dimuon measurements combined with the previous electron-muon and dielectron measurements span a wide range in rapidity, and are well described by PYTHIA Tune A. Through a Bayesian analysis based on PYTHIA Tune A, we show that leading order pair creation is the dominant $(76\%\pm^{14}_{19}\%)$ contribution for $b\bar{b}$ production, whereas the data favor the scenario in which next-to-leading-order processes dominate $c\bar{c}$ production. The small contribution of next-to-leading-order processes in $b\bar{b}$ production at the collision energies of the Relativistic Heavy Ion Collider contrasts with the case at Large-Hadron-Collider energies, where next-to-leading-order processes are expected to dominate.

研究动机与目标

• 确定在√s = 200 GeV的p+p碰撞中，对产生（PC）、味激发（FE）和胶子分裂（GS）对c¯c和b¯b产生贡献的相对比例。
• 利用角关联数据检验Leading-Order和Next-to-Leading-Order机制在重夸克产生中的有效性。
• 评估PYTHIA Tune A或POWHEG模型中哪一个更能描述μμ、eμ和ee对的观测角关联。
• 通过贝叶斯形状分析约束每种机制产生的c¯c和b¯b对的比例。
• 通过在p+p中建立基准产生机制，为理解A+A和p+A碰撞中重夸克产生的物理机制奠定基础。

提出的方法

• 在三个快速度区域（前向-前向、中-前向、中-中）测量μμ、eμ和ee对的角关联。
• 对组合的角关联数据执行贝叶斯形状分析，以提取PC、FE和GS贡献的相对比例。
• 将数据分布与PYTHIA Tune A和POWHEG生成的蒙特卡洛模拟进行比较，以评估模型的一致性。
• 使用分层模型为不同产生机制分配概率，并引入95%可信区间以量化不确定性。
• 基于理论预期和运动学约束设定先验，以优化相对贡献的分析。
• 通过与其它能量下的现有数据和模型比较，分析机制的能量依赖性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在√s = 200 GeV的p+p碰撞中，对产生（PC）、味激发（FE）和胶子分裂（GS）对b¯b产生贡献的相对比例是多少？
• RQ2 在相同动量空间区域中，PC、FE和GS对c¯c产生贡献的相对比例是多少？
• RQ3 在描述μμ、eμ和ee对的观测角关联方面，PYTHIA Tune A或POWHEG哪一个事件生成器更优？
• RQ4 PC、FE和GS在c¯c与b¯b系统中的相对贡献有何差异？这种贡献顺序反转的原因是什么？
• RQ5 在95%可信区间下，GS对c¯c和b¯b产生的贡献上限分别是多少？

主要发现

• b¯b对的主要产生机制是对产生（PC），其占比为76%±¹⁴⁄₁₉%。
• 对于c¯c对，味激发（FE）是主导机制，且F_FE > F_PC > F_GS，与PYTHIA Tune A一致。
• 与c¯c系统相比，b¯b系统的贡献顺序发生反转，即F_PC > F_FE > F_GS，这是由于b夸克质量较大，导致NLO过程的运动学抑制增强。
• 在95%可信区间下，GS对c¯c产生的贡献上限为52%，对b¯b产生的贡献上限为31%。
• 数据的角关联最符合PYTHIA Tune A的描述，而POWHEG的角关联更宽，与实测数据不一致。
• 该分析支持一种情景：味激发主导c¯c产生，对产生主导b¯b产生，对理解重离子碰撞中初始态动力学具有重要意义。