[论文解读] Measurement of the forward charged particle pseudorapidity density in pp collisions at sqrt(s) = 8 TeV using a displaced interaction point

The TOTEM Collaboration, G. Antchev+77 more|arXiv (Cornell University)|Nov 18, 2014

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 1被引用 4

一句话总结

该论文通过在距离标准相互作用点11.25米处的位移相互作用点，测量了√s = 8 TeV下pp碰撞中前向带电粒子赝快度密度。TOTEM实验测得在η = 3.95处dNch/dη = 5.11 ± 0.73，在η = -6.925处dNch/dη = 1.81 ± 0.56，Pythia 8、Sibyll 2.1、EPOS和QGSJet II-04的预测值在系统误差范围内与之相符，为前向物理和宇宙射线模型提供了关键约束。

ABSTRACT

The pseudorapidity density of charged particles dN(ch)/deta is measured by the TOTEM experiment in pp collisions at sqrt(s) = 8 TeV within the range 3.9 < eta < 4.7 and -6.95 < eta < -6.9. Data were collected in a low intensity LHC run with collisions occurring at a distance of 11.25 m from the nominal interaction point. The data sample is expected to include 96-97\% of the inelastic proton-proton interactions. The measurement reported here considers charged particles with p_T > 0 MeV/c, produced in inelastic interactions with at least one charged particle in -7 < eta < -6 or 3.7 < eta <4.8 . The dN(ch)/deta has been found to decrease with |eta|, from 5.11 +- 0.73 at eta = 3.95 to 1.81 +- 0.56 at eta= - 6.925. Several MC generators are compared to the data and are found to be within the systematic uncertainty of the measurement.

研究动机与目标

• 测量在√s = 8 TeV下pp碰撞中，赝快度范围3.9 < η < 4.7和-6.95 < η < -6.9内的前向带电粒子赝快度密度。
• 通过提供前向区域的精确数据，对非微扰QCD模型和蒙特卡洛事件生成器进行约束。
• 通过使用位移的相互作用点以扩展赝快度覆盖范围，减少前向粒子产生中的系统不确定性。
• 改善对高能质子-质子碰撞中弹性散射和束流残留效应的理解。
• 通过提供前向粒子产生的数据，支持对高能宇宙射线空气簇射的解释。

提出的方法

• 数据通过TOTEM实验的T2探测器在LHC低强度运行期间采集，碰撞点位移11.25米，远离标准相互作用点。
• 使用最小bias触发器，选择在-7 < η < -6或3.7 < η < 4.8范围内至少包含一个带电粒子的非弹性pp碰撞。
• 测量了横动量pT > 0 MeV/c的带电粒子的赝快度密度dNch/dη。
• 评估了系统不确定性，包括由于分辨率和对准误差引起的η无关不确定性ση = 0.05。
• 测量结果已修正至包含pT低至0 MeV/c的粒子，确保非弹性样本的完整性。
• 将MC生成器（Pythia 8、Sibyll 2.1、EPOS、QGSJet II-04）的预测与数据进行比较，以评估模型性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 在√s = 8 TeV下pp碰撞中，前向区域（3.9 < η < 4.7和-6.95 < η < -6.9）的带电粒子赝快度密度dNch/dη是多少？
• RQ2 不同的蒙特卡洛事件生成器（Pythia 8、Sibyll 2.1、EPOS、QGSJet II-04）在前向区域如何描述测量得到的dNch/dη？
• RQ3 系统不确定性，特别是赝快度分辨率和对准误差，对测量结果的影响程度如何？
• RQ4 位移的相互作用点配置如何实现对超出标准T2探测器覆盖范围的赝快度区间的访问？
• RQ5 数据与包含前向区域弹性散射和束流残留贡献的模型的一致性如何？

主要发现

• 在正赝快度区域η = 3.95处，赝快度密度dNch/dη测量值为5.11 ± 0.73。
• 在负赝快度区域η = -6.925处，dNch/dη测量值为1.81 ± 0.56，表明随着|η|增大，该值显著下降。
• 测量结果与Pythia 8（tune 4C）、Sibyll 2.1、EPOS（tune LHC）和QGSJet II-04的预测值在系统误差范围内一致。
• Sibyll 2.1和EPOS的预测值分别系统性地低估和高估数据约6–10%和15–30%。
• 统计不确定性可忽略不计，主要不确定性为系统性，其中η无关不确定性估计为ση = 0.05。
• 数据样本包含了96–97%的非弹性质子-质子相互作用，确保了非弹性样本的高完整性。