[论文解读] Toward an effective centrality trigger in pp collisions at LHC

H. J. Drescher, M. Strikman|ArXiv.org|Dec 19, 2007

High-Energy Particle Collisions Research被引用 3

一句话总结

本文提出在LHC的pp碰撞中使用中心度触发（centrality triggers）以研究与重离子碰撞中类似的高胶子密度效应。通过剔除xF > 0.1的领先重子，特别是采用单边或双边触发，该方法可选择出小碰撞参数（⟨b⟩ ≈ 0.6 fm）的事件，此时饱和尺度胶子场导致强横向动量展宽并增强能量流向中心快度区，从而实现对pp碰撞中黑盘区动力学的探测。

ABSTRACT

We investigate the impact of very strong small x gluon fields in colliding nucleons at LHC energies on the interaction of valence quarks. We find that in the range of small impact parameters, which contribute significantly to the production of heavy new particles, several of the valence quarks receive large transverse momenta, exceeding 1 GeV/c. This results in a suppression of leading baryon production and consequently in an additional energy flow to smaller rapidities. We suggest several triggers for centrality in pp collisions which allow one to study the propagation of partons through gluon fields of a strength comparable to the ones encountered in heavy ion collisions at the LHC.

研究动机与目标

• 开发有效的触发方法，以选择LHC中碰撞参数与重离子碰撞相近的中心pp碰撞。
• 实现对pp碰撞中强小-x胶子场的研究所，其与重离子碰撞中的情况类似，预期会出现饱和效应。
• 量化高胶子密度如何抑制领先重子的产生并增强能量流向中心快度区。
• 评估使用baryon veto触发（特别是xF > 0.1）隔离高胶子密度与饱和尺度动力学事件的可行性。
• 评估组合dijet与veto触发在实现最窄碰撞参数分布方面的性能，以提升pp碰撞的中心度选择精度。

提出的方法

• 采用颜色玻璃凝聚体（CGC）框架，建模小x区域中核子的饱和尺度Qs与胶子密度，假设横向分布为指数形式。
• 通过未关联的高斯分布建模入射核子中价夸克的位置，⟨ρ²⟩ ≈ 0.3 fm²，并与轴向核子形式因子匹配。
• 估算从目标核子出发在每个横向距离ρ处的局部胶子密度，通过饱和尺度Qs(ρ)计算硬相互作用的概率。
• 应用拒绝采样方法，基于xB与ρ分布选择事件，其中Qs²为关键输入参数。
• 提出基于剔除一个或两个碎片化区域中xF > 0.1的领先重子的触发方法，以选择小-b碰撞。
• 将dijet触发与baryon veto触发结合，进一步压缩碰撞参数分布并增强中心度选择能力。

实验结果

研究问题

• RQ1 在xF > 0.1处使用baryon veto触发是否能有效选择出碰撞参数与中心重离子碰撞相近的pp碰撞？
• RQ2 由于强小-x胶子场的存在，中心pp碰撞中领先重子产生预期会受到多大程度的抑制？
• RQ3 与一般非弹性事件相比，中心pp碰撞中能量流向中心快度区的变化如何受胶子场效应影响？
• RQ4 dijet与veto触发的组合在多大程度上改善了pp碰撞中的中心度分辨率？
• RQ5 在veto选择的中心pp事件中，部分子所遭遇的平均胶子密度是多少？与RHIC和LHC重离子碰撞中的情况相比如何？

主要发现

• 单边剔除xF > 0.1的重子触发可实现与标准dijet触发相似的中心度分布，选择出⟨b⟩ ≈ 0.6 fm的事件。
• 双边剔除xF > 0.1的重子触发产生最窄的碰撞参数分布，显著提升中心度分辨率。
• dijet与baryon veto触发的组合实现了最窄的⟨b⟩分布，接近理论极限⟨ρtr⟩ ≈ ⟨ρ⟩，即pp或DIS中可能的最小平均碰撞参数。
• 在16%的dijet触发事件中，任一碎片化区域均未产生xF ≥ 0.1的领先重子，而一般非弹性事件中该比例为8%，表明能量流向中心快度区显著增强。
• 在veto选择的中心pp事件中，平均胶子密度超过RHIC中心pA碰撞（在pt ≤ 1.5 GeV/c时BDR成立）中的密度，且达到LHC重离子碰撞中平均密度的一半左右。
• 模型预测，由于高胶子场的存在，中心pp事件中部分子的横向动量展宽强烈，且多重数涨落显著，这些效应在Z玻色子pT分布与椭圆流中可观测。