[论文解读] Measurement of the fraction of jet longitudinal momentum carried by $\Lambda_{ m c}^+$ baryons in pp collisions

Acharya, Shreyasi, Adamova, Dagmar+1037 more|arXiv (Cornell University)|Jan 31, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 5

一句话总结

本论文利用ALICE实验数据，首次测量了在√𝑠 = 13 TeV的pp碰撞中，Λ+𝑐 baryon所携带的喷注纵向动量分数𝑧ch||。结果表明，粲夸克形成Λ+𝑐 baryon的碎片化过程比形成D0介子更偏软，支持了在强子化过程中包含非主导色效应的模型，挑战了不同碰撞体系中粲夸克碎片化函数的普遍性。

ABSTRACT

Recent measurements of charm-baryon production in hadronic collisions have questioned the universality of charm-quark fragmentation across different collision systems. In this work the fragmentation of charm quarks into charm baryons is probed, by presenting the first measurement of the longitudinal jet momentum fraction carried by $Λ_{ m c}^{+}$ baryons, $z^{\mathrm{ch}}_\mathrm{||}$, in hadronic collisions. The results are obtained in proton-proton (pp) collisions at $\sqrt{s}=13$ TeV at the LHC, with $Λ_{ m c}^{+}$ baryons and charged (track-based) jets reconstructed in the transverse momentum intervals of $3 \leq p_{ m T}^{Λ_{ m c}^{+}} < 15$ GeV/$c$ and $7 \leq p_{ m T}^{ m jet\;ch} < 15$ GeV/$c$, respectively. The $z^{\mathrm{ch}}_\mathrm{||}$ distribution is compared to a measurement of ${ m D}^0$-tagged charged jets in pp collisions as well as to PYTHIA 8 simulations. The data hints that the fragmentation of charm quarks into charm baryons is softer with respect to charm mesons, in the measured kinematic interval, as predicted by hadronisation models which include colour correlations beyond leading-colour in the string formation.

研究动机与目标

• 探究pp碰撞中粲夸克向粲重子的碎片化行为，解决不同碰撞体系中碎片化函数普遍性的问题。
• 测量喷注内Λ+𝑐 baryon所携带的纵向动量分数𝑧ch||，作为强子化动力学的微分探针。
• 将Λ+𝑐 baryon的𝑧ch||分布与D0介子及包含非主导色效应的PYTHIA 8模拟结果进行比较。
• 检验粲夸克碎片化普遍性在粲夸克领域的有效性，特别是针对与e+e−和ep数据调校的模拟与数据之间存在的差异。
• 提供一种新的基于喷注的可观测量，以超越总截面和产额比，进一步约束强子化模型。

提出的方法

• 通过衰变链Λ+𝑐 → pK0𝑆 → pπ+π−，利用基于PYTHIA 8 Monash调校蒙特卡罗事件训练的多变量BDT技术重建Λ+𝑐 baryon。
• 在喷注聚类前，用其重建的四维动量矢量替换Λ+𝑐候选粒子的母粒子，以确保与喷注动量的一致性。
• 使用反-𝑘T算法（𝑅 = 0.4）对|𝜂| < 0.9范围内𝑝T > 0.15 GeV/𝑐的带电轨迹进行喷注重建，喷注横动量范围为5 ≤ 𝑝jet𝑇 < 35 GeV/𝑐。
• 仅选择包含重建的Λ+𝑐候选粒子作为组分的喷注，以确保对可观测量𝑧ch|| = 𝑝Λ+𝑐|| / 𝑝jet||的喷注内标记。
• 通过去卷积技术将𝑧ch||分布修正至粒子层面，以考虑探测器效应和重建偏差。
• 将修正后的𝑧ch||分布与包含和不包含非主导色贡献的PYTHIA 8模拟结果进行比较，并与同一组pp碰撞数据中基于D0标记的喷注测量结果进行对比。

实验结果

研究问题

• RQ1 在√𝑠 = 13 TeV的pp碰撞中，粲夸克向Λ+𝑐 baryon的碎片化是否比向D0介子更偏软？
• RQ2 在喷注中测得的Λ+𝑐 baryon的𝑧ch||分布是否与标准蒙特卡罗模型中假设的碎片化普遍性预测存在显著偏离？
• RQ3 在弦碎片化中引入非主导色效应的模型能否重现观测到的Λ+𝑐 baryon的𝑧ch||分布？
• RQ4 在相同动量区域下，喷注内Λ+𝑐 baryon的产生行为与D0介子的定量比较结果如何？
• RQ5 喷注中Λ+𝑐/D0比值在低𝑝T区域是否反映了与 inclusive 测量中观察到的相同增强效应？

主要发现

• 在相同动量范围内，Λ+𝑐 baryon的𝑧ch||分布比D0介子更偏软，表明Λ+𝑐 baryon在喷注中携带的平均动量分数更低。
• 数据在低𝑧ch||区域与基于e+e−和ep数据调校的PYTHIA 8模拟结果存在显著偏离，表明粲夸克碎片化可能不具普遍性。
• 在PYTHIA 8的弦碎片化模型中引入非主导色效应后，模拟与数据的符合度显著改善，支持色关联在重子形成中的作用。
• Λ+𝑐 baryon的𝑧ch||分布与考虑强子化过程中三夸克集团形成的理论模型一致，而这些效应在主导色近似中未被捕捉。
• 粲夸克向Λ+𝑐 baryon的软碎片化行为在不同喷注和Λ+𝑐横动量区间均表现稳健，凸显了修订碎片化函数参数化的必要性。
• 结果提供了直接证据，表明粲夸克向重子的碎片化无法用描述介子碎片化的同一套通用函数来描述，尤其是在高多重度环境中。