[论文解读] The relative yields of heavy hadrons as function of transverse momentum at LHC experiments

A. Berezhnoy, А. К. Лиходед|arXiv (Cornell University)|Sep 8, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本文研究了大型强子对撞机（LHC）上重味强子相对产额的横向动量（$p_T$）依赖性，特别是 $f_{s}/f_{d}$、$f_{\bar{B}_c}/f_B$ 和 $f_{\Lambda_b}/f_B$，挑战了产额在 $p_T$ 上恒定的假设。文章指出，碎片化模型在低 $p_T$ 区域失效，此时非碎片化机制（如受 $1/p_T^6$ 抑制的贡献）占主导，尤其对 $B_c$ 介子更为显著。主要结论是：$f_{s}/f_{d}$ 在高 $p_T$ 区域预计会趋于平盘，而 $f_{\bar{B}_c}/f_B$ 随 $p_T$ 快速下降且无平盘，凸显了精确 $p_T$ 分辨测量对区分产生机制的必要性。

ABSTRACT

It is shown that the dependence of ratio $f_s/f_d$ could be understood within the fragmentation approach. However, the validity of fragmentation model is questionable at low $p_T$, and contributions of nonfragmentation mechanisms are possible. It is demonstrated, that the precise measurements of $p_T$ dependence of $f_s/f_d$, $f_{Λ_b}/f_{B}$ and analogous values as function of $p_T$ can essentially improve our understanding of heavy hadron production.At large $p_T$ a plateau is expected in $f_s/f_d$ distribution. Contrary, a plateau is not expected in $f_{B_c}/f_{B}$ distribution on $p_T$.

研究动机与目标

• 理解LHC上底夸克和粲夸克强子相对产额的$p_T$依赖性，挑战产额在横向动量范围内恒定的假设。
• 评估碎片化模型在低和中等$p_T$区域对重强子产生的适用性，此时非微扰和非碎片化贡献可能占主导。
• 量化$f_{\bar{B}_c}/f_B$和$f_s/f_d$比值随$p_T$变化的预期形状，以指导未来LHC的测量。
• 证明对这些比值进行精确的$p_T$分辨测量对于准确估计稀有衰变分支比（如$B_s \to \mu^+\mu^-$）至关重要。

提出的方法

• 使用Leading-order微扰量子色动力学（pQCD）计算子过程如$gg \to B_c + X$，以估算不同$p_T$值下的$B_c$产额截面。
• 采用FONLL（固定阶加下一阶对数）方法计算$B$介子的截面，使用基于网络的FONLL计算器以确保一致性。
• 对碎片化和非碎片化贡献的$p_T$依赖性进行建模：碎片化贡献按$1/p_T^4$变化，而强子化/非碎片化机制按$1/p_T^6$变化。
• 在$gg \to B_c + X$过程中比较碎片化类型图（$A_3$）和强子化类型图（$A_1$、$A_2$）的贡献，注意其干涉效应和规范依赖性。
• 使用比值$f_{H}/f_B = \sigma_H / \sigma_B$定义相对产额，其中$\sigma_H$由pQCD得出，$\sigma_B$由FONLL得出，并通过改变重整化和因子化尺度（$\mu_R$、$\mu_F$）评估不确定性。
• 通过多种尺度选择（如$\mu_R = \mu_F = 10$ GeV，$\mu_R = \mu_F = \sqrt{s_{gg}}/4$）分析$f_{\bar{B}_c}/f_B$的$p_T$依赖性，以检验预测的鲁棒性。

实验结果

研究问题

• RQ1 碎片化模型是否能准确描述$f_s/f_d$在整个LHC$p_T$范围内的$p_T$依赖性？
• RQ2 预期$f_{\bar{B}_c}/f_B$比值的$p_T$行为如何？其在高$p_T$区域是否会出现平盘？
• RQ3 在实验可探测的$p_T$值下，非碎片化贡献（如$1/p_T^6$）对$B_c$及其他重强子产生的重要性有多大？
• RQ4 对$f_s/f_d$、$f_{\Lambda_b}/f_B$和$f_{\bar{B}_c}/f_B$进行$p_T$分辨测量，能否区分碎片化与强子化机制？

主要发现

• 在高$p_T$区域，$f_s/f_d$比值预计会趋于平盘，这与该区域碎片化机制占主导的预期一致。
• 预测$f_{\bar{B}_c}/f_B$比值随$p_T$增加而迅速下降，且不会出现平盘，这是由于非碎片化贡献受$1/p_T^6$抑制。
• 在低和中等$p_T$区域，非碎片化机制（如$gg \to B_c + X$）主导了$B_c$的产生，其贡献按$1/p_T^6$变化，而碎片化贡献按$1/p_T^4$变化。
• 在低$p_T$区域，碎片化模型的适用性存疑，精确的$p_T$依赖产额测量对于探测非碎片化贡献至关重要。
• $f_{\bar{B}_c}/f_B$的$p_T$依赖性在不同尺度选择（$\mu_R$、$\mu_F$）下具有定性鲁棒性，尽管由于$B_c$截面的理论不确定性，定量数值仍存在不确定性。
• 尽管强子化机制本身不具备规范不变性，但在低$p_T$区域贡献显著，其行为与非碎片化贡献类似，均按$1/p_T^6$变化。