[论文解读] Phenomenological interpolation of the inclusive J/psi cross section to proton-proton collisions at 2.76 TeV and 5.5 TeV

F. Bossú, Z. Conesa del Valle+4 more|arXiv (Cornell University)|Mar 11, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 5被引用 37

一句话总结

本文提出了一种现象学插值框架，用于预测在 √s = 2.76 TeV 和 5.5 TeV 下质子-质子碰撞中的总 J/ψ 截面，使用了 PHENIX、CDF 和 LHC 合作组的实验数据。该方法结合了幂律模型与基于 pQCD 的模型（FONLL、LO CEM），对横动量积分截面、快度分布和 pT 谱进行插值，预测结果与 ALICE 在 2.76 TeV 下的数据高度一致，验证了其作为 LHC 中 A–A 和 p–A 核修改因子研究参考的可靠性。

ABSTRACT

We present a study of the inclusive J/psi cross section at 2.76 TeV and 5.5 TeV. The energy dependence of the cross section, rapidity and transverse momentum distributions are evaluated phenomenologically. Their knowledge is crucial as a reference for the interpretation of A-A and p-A J/psi results at the LHC. Our approach is the following: first, we estimate the energy evolution of the pt-integrated J/psi cross section at mid-rapidity; then, we evaluate the rapidity dependence; finally, we study the transverse momentum distribution trend. Whenever possible, both theory driven (based on pQCD predictions) and functional form (data driven fits) calculations are discussed. Our predictions are compared with the recently obtained results by the ALICE collaboration in pp collisions at 2.76 TeV.

研究动机与目标

• 建立 LHC 能量下质子-质子碰撞中总 J/ψ 产生截面的可靠参考，特别是 √s = 2.76 TeV 和 5.5 TeV 时。
• 为 pT 积分截面、快度分布和横动量谱提供系统化的插值方法，以支持 A–A 和 p–A 数据分析。
• 通过与 ALICE 在 √s = 2.76 TeV 下的测量结果对比，验证插值方法的可靠性，确保其适用于未来 LHC 能量运行。
• 通过模型驱动（FONLL、LO CEM）和函数形式（高斯分布、多项式）两种方法，量化插值中的不确定性。
• 通过提供精确的 pp 参考截面，支持通过核修改因子 R_AA 和 R_pA 解释核介质效应。

提出的方法

• 首先，利用幂律模型和基于 pQCD 的模型（FONLL 和 LO CEM），对 √s = 200 GeV、1.96 TeV 和 7 TeV 下的数据进行拟合，插值中 rapidity 区域的 pT 积分 J/ψ 截面。
• 其次，采用两种方法确定快度分布的能量演化：理论 pQCD 预测，以及对数据 y/y_max 缩放形式进行高斯分布和多项式（n=2 至 n=8）拟合。
• 第三，通过假设不同能量下具有相同的函数形式，利用 z_t = pT / √s 的通用标度，对横动量分布进行建模。
• 结合模型驱动结果与函数形式结果，估计系统性不确定性，其中在 √s = 2.76 TeV 时插值不确定性为 15%，在 5.5 TeV 时为 20%。
• 通过将 √s = 2.76 TeV 下的预测截面与 ALICE 在中快度和前向快度区域的测量结果对比，验证插值方法。
• 利用已验证的流程，预测未来 LHC p–Pb 和 Pb–Pb 运行中 √s = 5.5 TeV 下的 J/ψ 截面。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在 200 GeV 至 14 TeV 的质心系能量范围内，可靠地插值质子-质子碰撞中总 J/ψ 截面？
• RQ2 在前向快度区域数据有限的情况下，如何最准确地预测 √s = 2.76 TeV 和 5.5 TeV 下 J/ψ 的快度分布？
• RQ3 基于 pQCD 的模型（FONLL、LO CEM）与数据驱动的函数形式（多项式、高斯分布）在描述 J/ψ 产生能量演化方面的一致性如何？
• RQ4 该插值框架在多大程度上能准确再现 ALICE 在 √s = 2.76 TeV 下的测量结果，特别是在前向快度区域？
• RQ5 插值中的系统性不确定性是多少？基于数据约束，哪些函数形式（如多项式 n=6、n=8）应被排除？

主要发现

• 在 √s = 2.76 TeV 下，中快度区域（y=0）的插值 pT 积分 J/ψ 截面为 239+6−10 nb（模型）±31 nb（拟合），与 ALICE 测量值 239+6−10 nb 高度一致。
• 在 √s = 5.5 TeV 下，预测的中快度区域截面为 350+20−51 nb（模型）±51 nb（拟合），为未来 LHC 运行提供了参考。
• 快度分布插值表明，n=6 和 n=8 的多项式形式会高估前向快度区域的截面，因此应被排除；其余模型（高斯分布、n=2、n=4）与 ALICE 数据一致。
• 在 y = 3.25 处，√s = 2.76 TeV 下的前向快度截面预测为 153±21 nb（相关）±12 nb（不相关），在 5.5 TeV 下为 256±53 nb（相关）±23 nb（不相关）。
• 在 √s = 2.76 TeV 下，横动量分布被插值框架良好再现，证实了 z_t 标度假设的有效性。
• 整体插值系统性不确定度估计为：√s = 2.76 TeV 时为 15%，√s = 5.5 TeV 时为 20%；函数形式方法的不确定性高于模型驱动方法。