[论文解读] New results on collectivity with LHCb

R. Kopecna|arXiv (Cornell University)|Sep 28, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 22被引用 3

一句话总结

本论文首次利用LHCb探测器在$\sqrt{s} = 13$ TeV的$pp$碰撞中，测量了非常前向赝快度区域（$2 < \eta < 5$）的两粒子角关联。通过分析不同$ p_T $和活动度类别的$\Delta\eta$与$\Delta\phi$关联，发现在高活动度和中等$ p_T $下存在近边脊结构，表明小系统中可能存在类似集体效应，结果与其他LHC实验形成互补，对低-$x$物理和彩色玻璃凝聚态模型具有敏感性。

ABSTRACT

Two-particle angular correlations are studied in $pp$ collisions at $\sqrt{s}=\,13\,$TeV, collected with the LHCb detector at the LHC. The LHCb detector provides measurement in the very forward region, $2 &lt; η&lt; 5$. This region is complementary to other experiments and allows to explore low Bjorken-$x$ region. The correlations are studied as a function of difference in pseudorapidity $\left(Δη ight)$ and azimuthal angle $\left(Δϕ ight)$ in several $p_T$ and activity classes. Proton-proton collisions are studied using two datasets corresponding to minimum-bias sample and a sample obtained via a dedicated trigger to study the highest-activity events.

研究动机与目标

• 使用LHCb探测器独特的前向覆盖能力，研究$\sqrt{s} = 13$ TeV的$pp$碰撞中两粒子角关联。
• 在非常前向区域（$2 < \eta < 5$）探测集体效应与喷注类关联，以进入低Bjorken-$x$区域。
• 研究不同$ p_T $和事件活动度类别下近边脊与远边脊结构的存在情况。
• 为其他LHC实验提供关于低多重性$pp$和$p$Pb碰撞的互补数据，以检验彩色玻璃凝聚态等模型及喷注-介质相互作用。
• 评估使用混合事件归一化方法校正探测器接受度和重建效应的关联测量的鲁棒性。

提出的方法

• 利用$\sqrt{s} = 13$ TeV的$pp$碰撞中带电快中子的两粒子关联函数$C(\Delta\eta, \Delta\phi)$进行测量。
• 信号分布$S(\Delta\eta, \Delta\phi)$定义为同一事件中每个触发粒子的归一化配对产额。
• 背景$B(\Delta\eta, \Delta\phi)$通过混合事件构建，将来自一个事件的触发粒子与同一$ p_T $和活动度箱内相似事件的轨迹组合。
• 关联函数计算为$B(0,0) \times S(\Delta\eta, \Delta\phi)/B(\Delta\eta, \Delta\phi)$，通过零阶箱归一化以校正接受度和效率。
• 事件活动度通过VELO探测器中的打点多重性$N_{\text{hit}}^{\text{VELO}}$量化，以定义低、中、高活动度类别。
• 在四维空间（$\eta$、$p_T$、$\phi$、$N_{\text{hit}}^{\text{VELO}}$）中应用修正，以考虑追踪效率、假轨迹及非快中子贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 在$\sqrt{s} = 13$ TeV的前向区域（$2 < \eta < 5$）的$pp$碰撞中，是否观测到近边脊结构？
• RQ2 近边脊与远边脊特征如何随横动量（$p_T$）和事件活动度变化？
• RQ3 是否存在低多重性$pp$碰撞中类似集体效应的证据，如近边脊的存在所示？
• RQ4 LHCb在$2 < \eta < 5$区域的前向覆盖如何与ALICE、ATLAS和CMS的现有测量形成互补？
• RQ5 在不同$ p_T $和活动度区域中，共振态衰变与喷注碎片化在多大程度上塑造了关联函数？

主要发现

• 在低$ p_T $下，由于各向同性共振态衰变，观测到明显的高斯脊结构，其在$\Delta\eta \approx 0$处延伸至所有$\Delta\phi$。
• 随着$ p_T $增加，近边峰变窄，与高动量下更集中的喷注碎片化一致。
• 在低$ p_T $下，远边脊最为显著，归因于背对背喷注对和共振态衰变。
• 在高活动度和中等$ p_T $下，近边脊的迹象浮现，提示高多重性$pp$事件中可能存在集体效应或介质效应。
• 在高$ p_T $下，高斯脊消失，此时喷注类关联占主导，共振态贡献被抑制。
• 混合事件归一化方法有效校正了探测器接受度和重建效率不足，使得所有$ p_T $和活动度类别下的关联函数均具有鲁棒性。