[论文解读] Measurement of hadron composition in charged jets from pp collisions with the ALICE experiment

Benjamin Andreas Heß|arXiv (Cornell University)|Aug 25, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 3

一句话总结

本论文首次利用LHC上ALICE实验对√s = 7 TeV质子-质子碰撞中喷注内的识别带电强子组成进行了测量。通过在TPC中利用dE/dx并结合TPC相干拟合方法进行先进粒子识别，该研究提取了喷注中π介子、K介子和质子的谱及其比值，揭示了随着z^ch增大，奇异数分数上升，且在高动量分数区域存在重子抑制现象，而PYTHIA模型在低pT和低pT,jet区域显示出偏差。

ABSTRACT

We report on the first measurement of the charged hadron composition in charged jets from pp collisions. The ALICE detector at the LHC was used to study charged pion, kaon and (anti-)proton production in jets. The results were extracted from $2 imes 10^8$ minimum bias events at a centre-of-mass energy of $\sqrt{s} = 7$ TeV. We present the transverse momentum ($p_{\mathrm{T}}$) spectra and reduced momentum spectra ($z^{\mathrm{ch}} \equiv p_{\mathrm{T}}^{\mathrm{track}} / p_{\mathrm{T, jet}}^{\mathrm{ch}}$) of $π$, K and p in charged jets with $p_{\mathrm{T, jet}}^{\mathrm{ch}}$ between 5 and 20 GeV/$c$. The measurements are compared to Monte Carlo calculations.

研究动机与目标

• 测量√s = 7 TeV质子-质子碰撞中喷注内带电强子（π介子、K介子、质子）的组成。
• 研究识别强子的喷注碎片化模式随喷注横向动量（pT）和动量分数（z^ch）的变化规律。
• 测试蒙特卡罗事件生成器（PYTHIA）在描述包含识别粒子的喷注碎片化时的表现。
• 评估探测器效应和系统不确定性对高多重度喷注环境中粒子识别的影响。

提出的方法

• 分析使用了ALICE探测器记录的2×10^8个最小偏差pp事件，能量为√s = 7 TeV。
• 利用ITS和TPC对pT > 0.15 GeV/c且|η| < 0.9的带电轨迹进行重建。
• 采用反-kT算法（R = 0.4）重建喷注，仅选择|η_jet| < 0.5的喷注。
• 通过TPC中dE/dx测量进行粒子识别，能量分辨率约为~5%。
• 采用TPC相干拟合方法，通过在pT和z^ch上进行二维似然最大化并施加粒子组分的正则化，分别提取π、K和质子的原始产额。
• 对探测器效率、接受度、动量分辨率以及μ子污染（归因于π介子）进行了系统性修正。

实验结果

研究问题

• RQ1 在带电喷注中，π介子、K介子和质子的相对产额如何随横向动量（pT）和动量分数（z^ch）变化？
• RQ2 喷注横向动量（pT,jet）在多大程度上影响识别强子的碎片化模式？
• RQ3 PYTHIA模型（Perugia0、Perugia0NoCR、Perugia2011）在多大程度上能准确描述喷注中测量的强子谱及其比值？
• RQ4 在喷注中，奇弽数（K/π比值）和重子（p/π比值）组分随z^ch如何变化？
• RQ5 在高多重度喷注环境中，哪些系统不确定性会影响粒子识别和产额提取？

主要发现

• K/π比值随z^ch单调上升，在高z^ch区域达到0.5–0.6，表明喷注碎片中奇弽数分数增加。
• p/π比值在z^ch ≈ 0.5–0.6处达到峰值，最大值为0.15–0.2，并随z^ch趋近1而减小，表明主导重子受到抑制。
• 当z^ch > 0.2时，K/π比值在不同pT,jet区间内表现出尺度不变性；而p/π比值在pT,jet = 10–15和15–20 GeV/c区间内也表现出尺度不变性。
• 对于大多数pT和pT,jet区域，PYTHIA Perugia0、Perugia0NoCR和Perugia2011模型与数据的符合度在~30%以内，但在pT < 0.5 GeV/c区域，质子的偏差超过100%。
• 所有模型均能较好再现质子谱在pT ≈ 2 GeV/c处的峰值，但对谱的宽度和高pT区域的斜率描述不准确。
• 在低pT,jet区域以及低pT的π介子和质子区域，数据与PYTHIA之间存在张力，表明当前碎片化模型存在局限性。