[论文解读] Probing the interaction of semi-hard quarks and gluons with the underlying event in light- and heavy-flavor triggered proton-proton collisions

Róbert Vértesi, G. Bencédi+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 14, 2021

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 34被引用 2

一句话总结

本研究利用 PYTHIA 8 蒙特卡洛模拟，研究了在 √s = 13 TeV 的质子-质子碰撞中，由轻味（π介子）或重味（B-介子）粒子触发时，本征事件（UE）的差异。研究发现，在中等横动量范围（2 < pT < 8 GeV/c）内，由π介子触发的事件——主要由胶子引发的喷注主导——表现出更强的色重连效应和更高的UE活动水平，而由B-介子触发的事件（夸克引发）则表现较弱。这种味依赖的UE响应揭示了初始部分子的色荷与UE发展之间存在直接关联。

ABSTRACT

We study underlying-event observables in inelastic proton-proton (pp) collisions at a centre-of-mass energy of $\sqrt{s} = 13$ TeV with identified light and heavy-flavor triggers using the PYTHIA 8 event generator. The study is performed as a function of the transverse momentum of the leading particle ($p_\mathrm{T}^{ m trigger}$). While at high $p_\mathrm{T}^{ m trigger}$ ($>10$ GeV/$c$) the underlying-event activity is independent of the leading particle species, at intermediate $p_\mathrm{T}^{ m trigger}$ ($2<p_\mathrm{T}^{ m trigger}<8$ GeV/$c$) it is larger in pion-triggered events than in events triggered with B mesons. Moreover, the underlying event in pion-triggered events, the majority of which are initiated by gluons, shows a stronger effect of color reconnection than events triggered with B-hadrons, that are mostly initiated by quark jets. The effect is observed at both hadronic and partonic level. Given that color reconnection affects the interaction among final partons before the hadronization, and that in the string model quarks (gluons) are connected to one (two) string piece(s), we conclude that the observed effect can be attributed to differences in the interactions of gluon and quark jets with the underlying event.

研究动机与目标

• 研究质子-质子碰撞中本征事件（UE）如何依赖于硬散射过程中领先粒子的味。
• 探讨引发部分子的身份（夸克与胶子）是否通过色重连效应改变UE活动水平。
• 评估利用轻味与重味触发作为实验探针，以区分夸克与胶子引发的喷注与UE相互作用的可行性。
• 为理解真空 QCD 过程与高多重性 pp 事件中类集体行为之间的联系，提供现象学基础。

提出的方法

• 使用 PYTHIA 8.240 及 Monash 2013 调谐参数，模拟了 1 亿起 √s = 13 TeV 的 pp 碰撞事件。
• 事件通过识别的带电 π 介子（π±）、D-介子或 B-介子触发，触发条件要求 pT > 0.5 GeV/c。
• 在横向区域（π/3 < |Δϕ| < 2π/3）中，利用粒子密度和总横动量（ΣpT）可观测量分析本征事件。
• 通过设置不同的重连范围（RR = 0, 1.8, 10）系统性地改变色重连（CR），以评估其对 UE 可观测量的影响。
• 计算了多重部分子相互作用数（⟨NMPI⟩）随触发 pT 的变化，以探测 CR 效应。
• 将结果与 ALICE 实验的带电粒子数据进行对比，以验证模拟框架的可靠性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 √s = 13 TeV 的 pp 碰撞中，轻味与重味触发事件的本征事件活动有何差异？
• RQ2 引发部分子的味（夸克与胶子）是否会影响本征事件中色重连效应的强度？
• RQ3 所观测到的 UE 响应是否对领先粒子的横动量敏感？若是，这种味依赖性在哪个 pT 范围内最为显著？
• RQ4 π 介子与 B-介子触发事件之间 UE 活动的差异是否可归因于引发部分子的色荷？
• RQ5 色重连在多大程度上调节了硬散射过程与本征事件之间的关联？

主要发现

• 在中等触发 pT 范围（2 < pT < 8 GeV/c）内，π 介子触发事件表现出高于 B-介子触发事件的本征事件活动，表明胶子引发喷注中 UE 的影响更强。
• 在 pT ≈ 4 GeV/c 处，π 介子触发事件中多重部分子相互作用数（⟨NMPI⟩）的增强现象具有特异性，而在 B-介子触发事件中则不存在，表明存在味依赖的色重连效应。
• 在 pT ≈ 4 GeV/c 处 ⟨NMPI⟩ 的“峰”结构可归因于胶子引发喷注，因为 π 介子主要来自胶子的碎片化。
• B-介子可作为夸克引发喷注的良好代理，因为其 UE 活动在所研究的 pT 范围内保持相对平坦，且不受色重连强度影响。
• 模拟结果与 ALICE 实验的带电粒子数据高度一致，验证了该模型对 UE 可观测量的预测能力。
• 结果证实色重连显著影响 UE，且其影响在胶子引发喷注中强于夸克引发喷注，从而建立了部分子味与 UE 发展之间的直接联系。