[论文解读] Two-particle azimuthal correlations in $\gamma$p interactions using pPb collisions at $\sqrt{s_\mathrm{NN}}$ = 8.16 TeV

CMS Collaboration|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

High-Energy Particle Collisions Research被引用 1

一句话总结

本研究利用LHC上CMS探测器获取的68.8 nb⁻¹超外围pPb碰撞数据，在√sNN = 8.16 TeV下首次测量了γp相互作用中两粒子方位角关联的傅里叶系数（Vn∆）。结果表明，γp事例中V2∆ > 0 且 V1∆ < 0，且V2∆大于最小截面pPb碰撞中的值，与不包含集体效应的模型一致，表明在γp系统中未发现长程集体性的证据。

ABSTRACT

The first measurements of the Fourier coefficients ($V_{n\Delta}$) of the azimuthal distributions of charged hadrons emitted from photon-proton ($\gamma$p) interactions are presented. The data are extracted from 68.8 nb$^{-1}$ of ultra-peripheral proton-lead (pPb) collisions at $\sqrt{s_\mathrm{NN}}$ = 8.16 TeV using the CMS detector. The high energy lead ions produce a flux of photons that can interact with the oncoming proton. This $\gamma$p system provides a set of unique initial conditions with multiplicity lower than in photon-lead collisions but comparable to recent electron-positron and electron-proton data. The $V_{n\Delta}$ coefficients are presented in ranges of event multiplicity and transverse momentum ($p_\mathrm{T}$) and are compared to corresponding hadronic minimum bias pPb results. For a given multiplicity range, the mean $p_\mathrm{T}$ of charged particles is smaller in $\gamma$p than in pPb collisions. For both the $\gamma$p and pPb samples, $V_{1\Delta}$ is negative, $V_{2\Delta}$ is positive, and $V_{3\Delta}$ consistent with 0. For each multiplicity and $p_\mathrm{T}$ range, $V_{2\Delta}$ is larger for $\gamma$p events. The $\gamma$p data are consistent with model predictions that have no collective effects thus suggesting the absence of collectivity in the $\gamma$p system over the multiplicity range explored in this work.

研究动机与目标

• 测量在√sNN = 8.16 TeV下超外围pPb碰撞中γp相互作用的两粒子方位角关联的傅里叶系数（Vn∆）。
• 将γp关联模式与最小截面pPb碰撞中的模式进行比较，以探究小系统中的集体性。
• 检验γp系统是否表现出类似于高多重度pp和pPb碰撞中观察到的长程关联或类似“脊”结构的特征。
• 评估数据与不包含集体效应的模型的一致性。

提出的方法

• 利用LHC上CMS探测器，在√sNN = 8.16 TeV下收集了68.8 nb⁻¹的超外围pPb碰撞数据。
• 通过粒子流算法重建带电强子，并利用两粒子关联函数计算方位角关联。
• 傅里叶系数Vn∆被提取为Vn∆ = ⟨cos(n(Δϕ))⟩，其中Δϕ为粒子对之间的相对方位角。
• 根据事件多重度和横向动量（pT）范围对数据进行分箱，以便在γp与最小截面pPb样本之间进行比较。
• 将分析结果与PYTHIA v8.2和HIJING v2.1模拟结果进行比较，使用完整的GEANT4和Delphes v3.4.2模拟以考虑探测器效应。
• 通过前向量热成像仪（HF和ZDC）识别γp系统，这些探测器用于识别超外围碰撞中来自准真实光子通量的高能光子。

实验结果

研究问题

• RQ1 在超外围pPb碰撞中，γp相互作用是否表现出类似于高多重度pp和pPb系统中观察到的长程方位角关联？
• RQ2 在不同多重度和pT范围内，γp事例中的傅里叶系数V1∆、V2∆和V3∆与最小截面pPb碰撞中的值相比如何？
• RQ3 是否存在支持流体动力学模型所预测的椭圆流或三角流等集体行为的证据？
• RQ4 数据在多大程度上与不包含集体效应的模型一致？

主要发现

• 在γp和最小截面pPb事例中，V1∆均为负值，表明粒子更倾向于在相对半球发射。
• 在γp和pPb事例中，V2∆均为正值，表明存在各向异性发射，但在相同多重度和pT范围内，γp事例中的V2∆更大。
• 在γp和pPb系统中，V3∆均与零一致，表明不存在显著的三角流。
• 在相同多重度范围内，γp事例中带电强子的平均横向动量（pT）低于最小截面pPb事例。
• γp数据与不包含集体效应的模型预测一致，表明未发现夸克-胶子等离子体或流体动力学行为的证据。
• 在γp碰撞中未观测到长程近侧脊结构，与该系统中缺乏强集体性的结论一致。