[论文解读] Exclusive and semi-exclusive $\pi^{+}\pi^-$ production in proton-proton collisions at $\sqrt{s} = 7$ TeV

Y. Tu, H. Li+2256 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2017

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 12被引用 4

一句话总结

本论文利用大型强子对撞机（LHC）CMS实验采集的450 µb⁻¹数据，测量了√s = 7 TeV质子-质子碰撞中单独和半单独带电π介子对的产生。在pT > 0.2 GeV/c且|y| < 2条件下，测得双π介子截面为26.5 ± 0.3（统计）± 5.0（系统）± 1.1（亮度）µb，并与双 Pomeron 交换（DPE）和光致产生模型进行了比较。

ABSTRACT

A measurement is presented of the exclusive and semi-exclusive production of charged pion pairs in proton-proton collisions, $pp o p(p^{*}) + \pi^{+}\pi^- + p(p^{*})$ here the $\pi^{+}\pi^-$ pair is emitted at central rapidities, and the scattered protons stay intact (p) or diffractively dissociate $(p^{*})$ without detection. The measurement is performed with the CMS detector at the LHC, using a data sample corresponding to an integrated luminosity of 450 $\mu$b$^{-1}$ collected at a center-of-mass energy of 7 TeV. The dipion cross section, measured for single-pion transverse momentum $p_T &gt;$ 0.2 GeV/$c$ and rapidity $|y|

研究动机与目标

• 测量√s = 7 TeV下pp碰撞中带电π介子对的独/半独产生截面。
• 研究双 Pomeron 交换（DPE）对中心区域π⁺π⁻产生的贡献。
• 利用高能数据检验DPE和矢量介子光致产生现象学模型的预测。
• 通过双π介子末态探测Pomeron交换动力学及介子谱学。

提出的方法

• 利用LHC上CMS探测器在√s = 7 TeV下收集的积分亮度为450 µb⁻¹的数据。
• 事件选择要求：两个良好重建的带电轨迹，且在量能器中无额外活动，也无额外顶点。
• 使用蒙特卡罗模拟，其中PYTHIA 8（MBR和4C调谐）用于事件生成，STARlight用于ρ介子光致产生，DIME用于DPE预测。
• 双π介子运动学重建：包括不变质量、横动量（pT）和快度（y），分别针对π介子对和单个π介子。
• 利用模拟事件样本对探测器接受度和重建效率进行修正。
• 将测量的微分截面与DPE、光致产生及共振态模型的预测进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在√s = 7 TeV下pp碰撞中，π⁺π⁻的总截面（包括独/半独过程）是多少？
• RQ2 双π介子不变质量、pT和快度的微分截面与DPE和光致产生模型相比如何？
• RQ3 标量和张量介子共振态对双π介子末态的贡献有多大？
• RQ4 现象学DPE模型在高能和低双π介子质量区域对数据的描述程度如何？
• RQ5 在中心区域π⁺π⁻系统中，双Pomeron交换与光子-Pomeron融合的相对贡献是多少？

主要发现

• 在pT > 0.2 GeV/c且|y| < 2条件下，测得的双π介子截面为26.5 ± 0.3（统计）± 5.0（系统）± 1.1（亮度）µb。
• 作为双π介子不变质量、pT和快度函数的微分截面与基于DPE的模型吻合良好，尤其与采用Orear形式因子的DIME生成器结果一致。
• ρ(770) → π⁺π⁻光致产生的贡献较小，与STARlight模拟的预期一致。
• 数据不支持两光子融合贡献较大的模型，因为后者预期截面可忽略。
• 测得的截面与在该能量下双Pomeron交换主导独/半独π⁺π⁻末态的结论一致。
• 结果对Pomeron结构提供了约束，并支持将DPE作为胶球和新奇特介子谱学探测工具的有效性。