[论文解读] Study of J/$\psi$ meson production inside jets in pp collisions at $\sqrt{s} =$ 8 TeV

Albert M. Sirunyan, A. Tumasyan+2335 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 34被引用 3

一句话总结

本研究利用CMS收集的19.1 fb⁻¹数据，在√s = 8 TeV的pp碰撞中，研究了喷射簇中prompt J/ψ介子的产生。通过测量J/ψ与喷射簇之间的角度分离，检验了J/ψ介子是否属于喷射簇，结果表明在假设J/ψ产生为非极化的前提下，fragmenting jet function（FJF）模型与数据的符合度最佳，从而为非相对论性量子色动力学（NRQCD）的长程矩阵元提供了新的探测手段。

ABSTRACT

A study of the production of prompt J/ψ mesons contained in jets in proton-proton collisions at s=8TeV is presented. The analysis is based on data corresponding to an integrated luminosity of 19.1 fb −1 collected with the CMS detector at the LHC. For events with at least one observed jet, the angular separation between the J/ψ meson and the jet is used to test whether the J/ψ meson is part of the jet. The analysis shows that most prompt J/ψ mesons having energy above 15 GeV and rapidity |y|<1 are contained in jets with pseudorapidity |ηjet|<1 . The differential distributions of the probability to have a J/ψ meson contained in a jet as a function of jet energy for a fixed J/ψ energy fraction are compared to a theoretical model using the fragmenting jet function approach. The data agree best with fragmenting jet function calculations that use a long-distance matrix element parameter set in which prompt J/ψ mesons are predicted to be unpolarized. This technique demonstrates a new way to test predictions for prompt J/ψ production using nonrelativistic quantum chromodynamics.

研究动机与目标

• 利用喷射簇子结构探测prompt J/ψ介子的强子产生机制。
• 通过喷射簇碎片化检验非相对论性量子色动力学（NRQCD）对J/ψ产生的理论预测。
• 通过测量J/ψ在喷射簇中的包含情况，约束NRQCD中的长程矩阵元（LDMEs）。
• 提供一种对J/ψ介子极化和碎片化动力学敏感的新实验可观测量。
• 验证在以胶子碎片化为主导的中心快度区域中，fragmenting jet function（FJF）模型的有效性。

提出的方法

• 分析利用J/ψ介子与最近喷射簇之间的角度分离ΔR，判断J/ψ是否包含在喷射簇内。
• 提取了作为喷射簇能量和J/ψ能量份额z = E_J/ψ / E_jet的函数的包含概率函数P(contained | E_jet, z)。
• 理论预测基于NRQCD框架下的fragmenting jet function（FJF）方法计算，对3S₁¹、¹S₈⁰、³S₈¹和³P₈ⱼ福克态求和。
• FJF模型包含微扰硬散射截面与非微扰碎片化函数G_J/ψ^i(E_jet, z|R, μ)的卷积。
• 分析聚焦于胶子碎片化占主导的中心快度区域|y| < 1，喷射簇重建采用圆锥大小R = 0.5。
• 将数据与不同LDME参数集的FJF计算结果进行比较，特别检验了若主导则预测非极化J/ψ的¹S₈⁰项。

实验结果

研究问题

• RQ1 观测到的包含在喷射簇中的J/ψ介子比例是否与fragmenting jet function（FJF）模型的预测一致？
• RQ2 NRQCD中哪组长程矩阵元（LDMEs）最能描述测量到的J/ψ在喷射簇中的包含概率？
• RQ3 J/ψ介子在喷射簇中的产生是否与¹S₈⁰福克态所预测的非极化碎片化一致？
• RQ4 基于喷射簇子结构的测量对J/ψ强子产生不同理论模型的敏感度如何？
• RQ5 基于喷射簇的可观测量能否为NRQCD中J/ψ产生福克态的层级关系提供新的约束？

主要发现

• 对于E_J/ψ > 15 GeV且|y| < 1的大多数prompt J/ψ介子，其位于|η_jet| < 1的喷射簇内，表明存在显著的喷射簇碎片化。
• 测量到的J/ψ在喷射簇中包含的微分概率与使用预测非极化J/ψ产生的LDME参数集的FJF计算结果最佳符合。
• ¹S₈⁰福克态（其导致非极化J/ψ）被数据所青睐，表明其在碎片化过程中占主导地位。
• 本分析首次在以胶子碎片化为主导的中心快度区域，对基于FJF的模型提供了直接的实验检验。
• 数据不支持预测高度极化J/ψ产生的LDME参数集，尤其在高喷射簇能量下更为明显。
• 本研究表明，喷射簇子结构可观测量为检验NRQCD预测和约束LDMEs提供了新的、高灵敏度的探测手段。