[论文解读] Enhanced Production of Λ0𝑏 Baryons in High-Multiplicity 𝑝𝑝 Collisions at √𝑠=13 TeV

R. Aaij, A. S. W. Abdelmotteleb+1111 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 1

一句话总结

本研究利用LHCb探测器在√s = 13 TeV的pp碰撞数据（5.4 fb⁻¹）测量了Λ⁰_b baryon与B⁰ meson的产生截面比。结果表明，随着带电粒子多重性的增加，该比值约提高2倍，并在高横动量区域与e⁺e⁻实验结果趋于一致，表明在密集强子环境中，结合效应增强了低pT区域Λ⁰_b的产生。

ABSTRACT

The production rate of $\Lambda_{b}^{0}$ baryons relative to $B^{0}$ mesons in $pp$ collisions at a center-of-mass energy $\sqrt{s} = 13$ TeV is measured by the LHCb experiment. The ratio of $\Lambda_{b}^{0}$ to $B^{0}$ production cross-sections shows a significant dependence on both the transverse momentum and the measured charged-particle multiplicity. At low multiplicity, the ratio measured at LHCb is consistent with the value measured in $e^{+}e^{-}$ collisions, and increases by a factor of $\sim2$ with increasing multiplicity. At relatively low transverse momentum, the ratio of $\Lambda_{b}^{0}$ to $B^{0}$ cross-sections is higher than what is measured in $e^{+}e^{-}$ collisions, but converges with the $e^{+}e^{-}$ ratio as the momentum increases. These results imply that the evolution of heavy $b$ quarks into final-state hadrons is influenced by the density of the hadronic environment produced in the collision. Comparisons with several models and implications for the mechanisms enforcing quark confinement are discussed.

研究动机与目标

• 研究pp碰撞中底夸克的强子化是否受强子环境密度的影响。
• 通过将pp碰撞中的Λ⁰_b/B⁰产生比与e⁺e⁻碰撞中的结果进行比较，检验强子化的普遍性。
• 确定邻近部分子结合形成重子的结合机制是否在低横动量区域对重子形成起显著作用。
• 研究重子产生对事件多重性和横动量的依赖性，以探测非微扰QCD效应。

提出的方法

• 通过衰变链Λ⁰_b → J/ψpK⁻（J/ψ → μ⁺μ⁻）重建Λ⁰_b baryon，并通过B⁰ → J/ψπ⁻K⁺重建B⁰ meson。
• 利用LHCb探测器的高精度跟踪与粒子识别系统重建并识别末态粒子。
• 测量Λ⁰_b与B⁰产生截面比随横动量（pT）和带电粒子多重性的变化。
• 将结果与e⁺e⁻碰撞数据及理论模型对比，评估与真空碎片化的偏离程度。
• 使用Pythia进行探测器模拟，以建模探测器接受度与选择效应。
• 执行运动学与顶点选择，以抑制背景并分离信号事例。

实验结果

研究问题

• RQ1 在√s = 13 TeV的pp碰撞中，Λ⁰_b baryon相对于B⁰ meson的产生率是否依赖于带电粒子多重性？
• RQ2 Λ⁰_b/B⁰截面比如何随横动量变化？在高pT区域是否与e⁺e⁻结果趋于一致？
• RQ3 在低pT和高多重性区域观测到的Λ⁰_b产生增强是否与基于结合的强子化模型一致？
• RQ4 与e⁺e⁻碰撞相比，pp碰撞中底夸克强子化在多大程度上表现出非普遍性？
• RQ5 数据能否排除高多重性事件中底夸克仅通过碎片化机制产生重子的假设？

主要发现

• 在√s = 13 TeV的pp碰撞中，从低多重性事件到高多重性事件，Λ⁰_b/B⁰产生截面比约提高2倍。
• 在低横动量区域，pp碰撞中的Λ⁰_b/B⁰比值显著高于e⁺e⁻碰撞中的结果，表明在密集环境中重子产生被增强。
• 随着横动量增加，pp碰撞中的Λ⁰_b/B⁰比值趋同于e⁺e⁻碰撞中测得的比值，表明向真空类似碎片化的转变。
• 观测到的多重性依赖性表明，底夸克与轻部分子结合的结合机制在低pT区域对重子形成起着不可忽略的作用。
• 结果挑战了强子化普遍性的假设，表明末态强子环境会影响底夸克向重子的碎片化。
• 数据与纯碎片化模型不一致，支持在高多重性pp事件中引入结合或多重部分子相互作用的模型。