Energy-energy correlators within Z-tagged jets in proton-proton collisions at s = 13 TeV
이 논문은 13 TeV에서의 LHCb 양성자-양성자 충돌 데이터를 사용하여 경량 쿼크가 풍부한 Z-태그 제트에서의 에너지-에너지 상관 함수에 대한 첫 번째 측정을 제시하며, 구속 규모의 보편성을 확인하고 반대 부호 전하 하드론 상관 관계가 시뮬레이션에서 예측된 바와 같이 작은 각도 분리에서 강화됨을 입증한다.
원저자: LHCb collaboration, R. Aaij, M. Abdelfatah, A. S. W. Abdelmotteleb, C. Abellan Beteta, F. Abudinén, T. Ackernley, A. A. Adefisoye, B. Adeva, M. Adinolfi, P. Adlarson, C. Agapopoulou, C. A. Aidala, S. Akar, K. Akiba, H. Al Saleh, P. Albicocco, J. Albrecht, R. Aleksiejunas, F. Alessio, P. Alvarez Cartelle, A. A. Alves, S. Amato, J. L. Amey, Y. Amhis, Z. Amos, L. An, L. Anderlini, P. Andreola, M. Andreotti, S. Andres Estrada, A. Anelli, D. Ao, C. Arata, F. Archilli, Z. Areg, M. Argenton, S. Arguedas Cuendis, L. Arnone, M. Artuso, E. Aslanides, R. Ataíde Da Silva, M. Atzeni, B. Audurier, J. A. Authier, D. Bacher, I. Bachiller Perea, S. Bachmann, M. Bachmayer, J. J. Back, M. Bai, Z. B. Bai, V. Balagura, A. Balboni, W. Baldini, Z. Baldwin, L. Balzani, H. Bao, J. Baptista de Souza Leite, C. Barbero Pretel, M. Barbetti, I. R. Barbosa, W. Barker, R. J. Barlow, M. Barnyakov, S. Baron, S. Barsuk, W. Barter, J. Bartz, S. Bashir, B. Batsukh, P. B. Battista, A. Bavarchee, A. Bay, A. Beck, M. Becker, F. Bedeschi, I. B. Bediaga, N. A. Behling, S. Belin, A. Bellavista, I. Belyaev, G. Bencivenni, E. Ben-Haim, J. L. M. Berkey, R. Bernet, A. Bertolin, L. Bertsch, F. Betti, J. Bex, O. Bezshyyko, S. Bhattacharya, M. S. Bieker, N. V. Biesuz, A. Biolchini, M. Birch, F. C. R. Bishop, A. Bitadze, A. Bizzeti, T. Blake, F. Blanc, J. E. Blank, S. Blusk, J. A. Boelhauve, O. Boente Garcia, T. Boettcher, A. Bohare, C. Bolognani, R. B. Bonacci, A. Bordelius, F. Borgato, S. Borghi, M. Borsato, J. T. Borsuk, E. Bottalico, S. A. Bouchiba, M. Bovill, T. J. V. Bowcock, A. Boyer, C. Bozzi, J. D. Brandenburg, A. Brea Rodriguez, N. Breer, C. Breitfeld, J. Brodzicka, J. Brown, E. Buchanan, M. Burgos Marcos, C. Burr, E. Butera, C. Buti, J. S. Butter, W. Byczynski, S. Cadeddu, H. Cai, Y. Cai, Y. Cai, A. Caillet, R. Calabrese, L. Calefice, M. Calvi, M. Calvo Gomez, P. Camargo Magalhaes, J. I. Cambon Bouzas, P. Campana, A. Campomagnani, A. C. Campos, A. F. Campoverde Quezada, Y. Cao, S. Capelli, M. Caporale, L. Capriotti, R. Caravaca-Mora, A. Carbone, L. Carcedo Salgado, R. Cardinale, A. Cardini, P. Carniti, L. Carus, R. Caspary, G. Casse, M. Cattaneo, G. Cavallero, V. Cavallini, S. Celani, I. Celestino, S. Cesare, A. J. Chadwick, M. Charles, Ph. Charpentier, E. Chatzianagnostou, R. Cheaib, M. Chefdeville, C. Chen, J. Chen, S. Chen, Z. Chen, A. Chen Hu, M. Cherif, S. Chernyshenko, X. Chiotopoulos, G. Chizhik, V. Chobanova, A. Christakakis, M. Chrzaszcz, Y. Chu, V. Chulikov, P. Ciambrone, X. Cid Vidal, P. Cifra, P. E. L. Clarke, M. Clemencic, H. V. Cliff, J. Closier, C. Cocha Toapaxi, V. Coco, A. Codovini, C. S. Codovini, J. Cogan, E. Cogneras, L. Cojocariu, S. Collaviti, P. Collins, T. Colombo, M. Colonna, A. Comerma-Montells, L. Congedo, J. Connaughton, A. Contu, N. Cooke, A. Corallo, G. Cordova, C. Coronel, I. Corredoira, A. Correia, G. Corti, G. C. Costantino, C. Cotirlan, J. Cottee Meldrum, B. Couturier, D. C. Craik, N. Crepet, M. Cruz Torres, M. Cubero Campos, E. Curras Rivera, R. Currie, C. L. Da Silva, X. Dai, J. Dalseno, C. D'Ambrosio, G. Darze, A. Davidson, O. De Aguiar Francisco, C. De Angelis, F. De Benedetti, J. de Boer, K. De Bruyn, S. De Capua, M. De Cian, U. De Freitas Carneiro Da Graca, F. De Gregorio, E. De Lucia, J. M. De Miranda, L. De Paula, A. De Robertis, E. De Santis, M. De Serio, P. De Simone, F. De Vellis, J. A. de Vries, F. Debernardis, D. Decamp, S. Dekkers, L. Del Buono, B. Delaney, B. Demaire-Lepape, J. Deng, O. Deschamps, F. Dettori, B. Dey, P. Di Nezza, S. Ding, Y. Ding, L. Dittmann, J. F. Diverchy, A. D. Docheva, A. Doheny, C. Dong, F. Dordei, J. Dorta Moreno, A. C. dos Reis, J. Dos Santos Oliveira, A. D. Dowling, L. Dreyfus, W. Duan, P. Duda, L. Dufour, V. Duk, P. Durante, M. M. Duras, J. M. Durham, K. Duwe, A. Dziurda, S. Easo, E. Eckstein, U. Egede, S. Eisenhardt, E. Ejopu, L. Eklund, M. Elashri, D. Elizondo Blanco, J. Ellbracht, S. Ely, A. Ene, T. Evans, F. Fabiano, S. Faghih, L. N. Falcao, B. Fang, R. Fantechi, L. Fantini, M. Faria, K. Farmer, F. Fassin, D. Fazzini, L. Felkowski, C. Feng, M. Feng, A. Fernandez Casani, M. Fernandez Gomez, B. Fernandez Rodino, J. Fernandez-John, A. D. Fernez, F. Ferrari, F. Ferreira Rodrigues, R. A. Fini, R. Fiorenza, M. Fiorini, M. Firlej, D. S. Fitzgerald, C. Fitzpatrick, T. Fiutowski, F. Fleuret, A. Fomin, M. Fontana, M. Fontes Vaz, L. A. Foreman, R. Forty, D. Foulds-Holt, V. Franco Lima, M. Franco Sevilla, M. Frank, E. Franzoso, G. Frau, C. Frei, D. A. Friday, J. Fu, Y. Fu, Q. Führing, T. Fulghesu, G. Galati, M. D. Galati, A. Gallas Torreira, D. Galli, S. Gambetta, M. Gandelman, P. Gandini, B. Ganie, H. Gao, R. Gao, T. Q. Gao, Y. Gao, Y. Gao, Y. Gao, L. M. Garcia Martin, P. Garcia Moreno, J. García Pardiñas, P. Gardner, L. Garrido, C. Gaspar, A. Gavrikov, J. George, E. Gersabeck, M. Gersabeck, T. Gershon, S. Ghizzo, Z. Ghorbanimoghaddam, F. I. Giasemis, V. Gibson, H. K. Giemza, A. L. Gilman, M. Giovannetti, A. Gioventù, L. Girardey, M. A. Giza, F. C. Glaser, V. V. Gligorov, C. Göbel, L. Golinka-Bezshyyko, E. Golobardes, A. Golutvin, S. Gomez Fernandez, A. G. Gomez Mongui, W. Gomulka, F. Goncalves Abrantes, I. Gonçales Vaz, M. Goncerz, G. Gong, S. Gong, J. A. Gooding, C. Gotti, E. Govorkova, J. P. Grabowski, L. A. Granado Cardoso, R. Grande Quartieri, E. Graugés, E. Graverini, L. Grazette, G. Graziani, A. T. Grecu, N. A. Grieser, L. Grillo, C. Gu, M. Guarise, L. Guerry, A. -K. Guseinov, Y. Guz, T. Gys, K. Habermann, T. Hadavizadeh, C. Hadjivasiliou, G. Haefeli, C. Haen, S. Haken, G. Hallett, P. M. Hamilton, Q. Han, S. Han, X. Han, S. Hansmann-Menzemer, N. Harnew, T. J. Harris, L. Hartman, M. Hartmann, S. Hashmi, J. He, N. Heatley, A. Hedes, F. Hemmer, C. Henderson, R. Henderson, R. D. L. Henderson, A. M. Hennequin, K. Hennessy, A. Henrot, J. Herd, P. Herrero Gascon, J. Heuel, A. Heyn, A. Hicheur, G. Hijano Mendizabal, J. Horswill, R. Hou, Y. Hou, D. C. Houston, N. Howarth, W. Hu, X. Hu, W. Hulsbergen, R. J. Hunter, D. Hutchcroft, M. Idzik, P. Ilten, A. Iohner, S. Jacevicius, H. Jage, S. J. Jaimes Elles, S. Jakobsen, T. Jakoubek, E. Jans, A. Jawahery, C. Jayaweera, A. Jelavic, V. Jevtic, Z. Jia, E. Jiang, X. Jiang, Y. Jiang, Y. J. Jiang, E. Jimenez Moya, N. Jindal, M. John, A. John Rubesh Rajan, D. Johnson, C. R. Jones, S. Joshi, B. Jost, J. Juan Castella, N. Jurik, I. Juszczak, K. Kalecinska, D. Kaminaris, S. Kandybei, M. Kane, Y. Kang, C. Kar, A. Kauniskangas, J. W. Kautz, M. K. Kazanecki, F. Keizer, M. Kenzie, T. Ketel, B. Khanji, S. Kholodenko, V. Kholoimov, G. Khreich, F. Kiraz, T. Kirn, V. S. Kirsebom, N. Kleijne, A. Kleimenova, D. Klekots, K. Klimaszewski, M. R. Kmiec, T. Knospe, R. Kolb, S. Koliiev, L. Kolk, A. Konoplyannikov, P. Kooij, P. Kopciewicz, P. Koppenburg, A. Korchin, I. Kostiuk, O. Kot, S. Kotriakhova, E. Kowalczyk, O. Kravcov, M. Kreps, W. Krupa, W. Krzemien, O. Kshyvanskyi, S. Kubis, M. Kucharczyk, A. Kupsc, A. Kurzina, V. Kushnir, B. Kutsenko, J. Kvapil, I. Kyryllin, D. Lacarrere, P. Laguarta Gonzalez, A. Lai, A. Lampis, D. Lancierini, C. Landesa Gomez, G. Lanfranchi, C. Langenbruch, T. Latham, F. Lazzari, C. Lazzeroni, R. Le Gac, H. Lee, R. Lefèvre, M. Lehuraux, C. Lemettais, E. Lemos Cid, O. Leroy, T. Lesiak, E. D. Lesser, B. Leverington, A. Li, C. Li, C. Li, H. Li, J. Li, K. Li, L. Li, L. Li, P. Li, P. -R. Li, Q. Li, T. Li, T. Li, W. Li, Y. Li, Y. Li, Y. Li, Z. Li, Z. Lian, Q. Liang, X. Liang, Z. Liang, S. Libralon, A. Lightbody, J. Lin, S. Lin, T. Lin, R. Lindner, H. Linton, R. Litvinov, D. Liu, F. L. Liu, G. Liu, K. Liu, S. Liu, W. Liu, X. Liu, Y. Liu, Y. Liu, Y. L. Liu, G. Loachamin Ordonez, I. Lobo, A. Lobo Salvia, A. Loi, T. Long, F. C. L. Lopes, J. H. Lopes, A. Lopez Huertas, C. Lopez Iribarnegaray, Q. Lu, C. Lucarelli, D. Lucchesi, M. Lucio Martinez, Y. Luo, A. Lupato, M. Lupberger, E. Luppi, K. Lynch, J. Lyu, S. Lyu, X. -R. Lyu, H. Ma, S. Maccolini, F. Machefert, F. Maciuc, B. Mack, I. Mackay, L. M. Mackey, L. R. Madhan Mohan, M. J. Madurai, D. Magdalinski, J. J. Malczewski, S. Malde, L. Malentacca, G. Manca, C. Mancuso, R. Manera Escalero, A. Mangalasseri, F. M. Manganella, R. Mangrulkar, D. Manuzzi, S. Mao, D. Marangotto, J. F. Marchand, R. Marchevski, U. Marconi, L. Mareso, E. Mariani, S. Mariani, C. Marin Benito, J. Marks, A. M. Marshall, L. Martel, G. Martelli, G. Martellotti, L. Martinazzoli, M. Martinelli, C. Martinez, A. Martinez Armas, D. Martinez Gomez, D. Martinez Santos, F. Martinez Vidal, A. Martorell i Granollers, A. Massafferri, R. Matev, A. Mathad, C. Matteuzzi, K. R. Mattioli, L. Matzner, A. Mauri, E. Maurice, J. Mauricio, P. Mayencourt, J. Mazorra de Cos, M. Mazurek, D. Mazzanti Tarancon, M. McCann, N. T. McHugh, A. McNab, R. McNulty, B. Meadows, S. E. R. Medaer, D. Melnychuk, D. Mendoza Granada, P. Menendez Valdes Perez, F. M. Meng, M. Merk, A. Merli, L. Meyer Garcia, D. Miao, H. Miao, S. Mico, M. Mikhasenko, D. A. Milanes, A. Minotti, E. Minucci, B. Mitreska, D. S. Mitzel, R. Mocanu, A. Modak, L. Moeser, R. D. Moise, E. F. Molina Cardenas, T. Mombächer, M. Monk, T. Monnard, S. Monteil, A. Morcillo Gomez, G. Morello, M. J. Morello, M. P. Morgenthaler, A. Moro, J. Moron, W. Morren, A. B. Morris, A. G. Morris, R. Mountain, Z. Mu, N. Muangkod, E. Muhammad, F. Muheim, M. Mulder, K. Müller, F. Muñoz-Rojas, V. Mytrochenko, P. Naik, T. Nakada, R. Nandakumar, G. Napoletano, I. Nasteva, M. Needham, N. Neri, S. Neubert, N. Neufeld, J. Nicolini, D. Nicotra, E. M. Niel, L. Nisi, Q. Niu, B. K. Njoki, P. Nogarolli, P. Nogga, J. Nombela Royo, C. Normand, A. Novo Cal, J. Novoa Fernandez, G. Nowak, H. N. Nur, A. Oblakowska-Mucha, T. Oeser, O. Okhrimenko, R. Oldeman, N. Oldman, F. Oliva, E. Olivart Pino, M. Olocco, R. H. O'Neil, J. S. Ordonez Soto, D. Osthues, J. M. Otalora Goicochea, A. Oyanguren, O. Ozcelik, F. Paciolla, A. Padee, K. O. Padeken, B. Pagare, T. Pajero, A. Palano, L. Palini, L. Palombini, M. Palutan, C. Pan, X. Pan, S. Panebianco, S. Paniskaki, L. Paolucci, A. Papanestis, M. Pappagallo, L. L. Pappalardo, C. Pappenheimer, C. Parkes, D. Parmar, G. Passaleva, D. Passaro, A. Pastore, M. Patel, J. Patoc, C. Patrignani, A. Paul, C. J. Pawley, A. Pellegrino, J. Peng, X. Peng, M. Pepe Altarelli, S. Perazzini, H. Pereira Da Costa, M. Pereira Martinez, A. Pereiro Castro, C. Perez, A. Perez Casas, P. Perret, A. Perrevoort, A. Perro, M. J. Peters, A. Petkovic, K. Petridis, A. Petrolini, S. Pezzulo, J. P. Pfaller, H. Pham, L. Pica, E. Picatoste Olloqui, M. Piccini, L. Piccolo, F. Piernas Diaz, B. Pietrzyk, R. N. Pilato, D. Pinci, F. Pisani, M. Pizzichemi, V. M. Placinta, M. Plo Casasus, T. Poeschl, F. Polci, M. Poli Lener, A. Poluektov, I. Polyakov, E. Polycarpo, S. Ponce, D. Popov, K. Popp, K. Prasanth, C. Prouve, D. Provenzano, V. Pugatch, A. Puicercus Gomez, G. Punzi, J. R. Pybus, Q. Qian, W. Qian, N. Qin, R. Quagliani, R. I. Rabadan Trejo, B. Rachwal, R. Racz, J. H. Rademacker, M. Rama, M. Ramírez García, V. Ramos De Oliveira, M. Ramos Pernas, G. Ramsey, M. S. Rangel, G. Raven, M. Rebollo De Miguel, F. Redi, J. Reich, F. Reiss, Z. Ren, P. K. Resmi, M. Ribalda Galvez, R. Ribatti, G. Ricart, D. Riccardi, S. Ricciardi, K. Richardson, M. Richardson-Slipper, F. Riehn, K. Rinnert, P. Robbe, G. Robertson, E. Rodrigues, A. Rodriguez Alvarez, E. Rodriguez Fernandez, J. A. Rodriguez Lopez, E. Rodriguez Rodriguez, J. Roensch, A. Rogovskiy, D. L. Rolf, P. Roloff, A. Romano, V. Romanovskiy, A. Romero Vidal, G. Romolini, F. Ronchetti, T. Rong, W. Rose, M. Rotondo, M. S. Rudolph, G. Ruggiero, M. Ruiz Diaz, J. Ruiz Vidal, J. Ruz Armendariz, J. J. Saavedra-Arias, J. J. Saborido Silva, D. Sahoo, N. Sahoo, B. Saitta, M. Salomoni, I. Sanderswood, R. Santacesaria, C. Santamarina Rios, M. Santimaria, L. Santoro, E. Santovetti, A. Saputi, A. Sarnatskiy, G. Sarpis, M. Sarpis, C. Satriano, A. Satta, M. Saur, H. Sazak, F. Sborzacchi, A. Scarabotto, S. Schael, S. Scherl, M. Schiller, H. Schindler, M. Schmelling, B. Schmidt, N. Schmidt, S. Schmitt, H. Schmitz, O. Schneider, A. Schopper, N. Schulte, H. Schumacher, M. H. Schune, G. Schwering, B. Sciascia, A. Sciuccati, G. Scriven, I. Segal, S. Sellam, M. Senghi Soares, A. Sergi, N. Serra, L. Sestini, B. Sevilla Sanjuan, Y. Shang, D. M. Shangase, R. S. Sharma, L. Shchutska, T. Shears, S. Shelton, J. Shen, Z. Shen, S. Sheng, B. Shi, J. Shi, Q. Shi, W. S. Shi, E. Shmanin, R. Silva Coutinho, G. Simi, S. Simone, M. Singha, I. Siral, N. Skidmore, T. Skwarnicki, M. W. Slater, E. Smith, M. Smith, L. Soares Lavra, M. D. Sokoloff, F. J. P. Soler, A. Solomin, K. Solovieva, N. S. Sommerfeld, R. Song, Y. Song, Y. Song, Y. S. Song, F. L. Souza De Almeida, G. Souza De Castro, B. Souza De Paula, K. M. Sowa, E. Spadaro Norella, E. Spedicato, J. G. Speer, P. Spradlin, F. Stagni, M. Stahl, S. Stahl, S. Stanislaus, M. Stefaniak, O. Steinkamp, F. Suljik, J. Sun, L. Sun, M. Sun, D. Sundfeld, P. Svihra, V. Svintozelskyi, J. Swallow, K. Swientek, F. Swystun, A. Szabelski, T. Szumlak, Y. Tan, Y. Tang, Y. T. Tang, M. D. Tat, J. A. Teijeiro Jimenez, F. Terzuoli, F. Teubert, E. Thomas, D. J. D. Thompson, A. R. Thomson-Strong, R. Thornton, H. Tilquin, V. Tisserand, S. T'Jampens, M. Tobin, T. T. Todorov, L. Tomassetti, G. Tonani, X. Tong, T. Tork, L. Torlai, L. Toscano, D. Y. Tou, G. Tuci, N. Tuning, L. H. Uecker, A. Ukleja, A. Upadhyay, B. Urbach, A. Usachov, U. Uwer, V. Vagnoni, A. Vaitkevicius, A. Valassi, V. Valcarce Cadenas, G. Valenti, N. Valls Canudas, J. van Eldik, H. Van Hecke, E. van Herwijnen, C. B. Van Hulse, R. Van Laak, M. van Veghel, P. Varrella, R. Vazquez Gomez, P. Vazquez Regueiro, C. Vázquez Sierra, S. Vecchi, J. Velilla Serna, J. J. Velthuis, M. Veltri, A. Venkateswaran, M. Verdoglia, M. Vesterinen, W. Vetens, D. Vico Benet, P. Vidrier Villalba, M. Vieites Diaz, X. Vilasis-Cardona, E. Vilella Figueras, A. Villa, P. Vincent, B. Vivacqua, F. C. Volle, D. vom Bruch, K. Vos, C. Vrahas, J. Wagner, J. Walsh, N. Walter, E. J. Walton, G. Wan, A. Wang, B. Wang, C. Wang, C. Wang, C. Wang, G. Wang, H. Wang, J. Wang, J. Wang, J. Wang, J. Wang, M. Wang, N. W. Wang, X. Wang, X. Wang, X. Wang, X. W. Wang, Y. Wang, Y. Wang, Y. Wang, Y. H. Wang, Z. Wang, Z. Wang, J. A. Ward, M. Waterlaat, N. K. Watson, D. Websdale, Y. Wei, Z. Weida, J. Wendel, B. D. C. Westhenry, A. S. White, C. White, M. Whitehead, E. Whiter, A. R. Wiederhold, D. Wiedner, M. A. Wiegertjes, C. Wild, G. Wilkinson, M. K. Wilkinson, M. Williams, M. J. Williams, M. R. J. Williams, R. Williams, S. Williams, Z. Williams, F. F. Wilson, M. Winn, W. Wislicki, M. Witek, L. Witola, T. Wolf, E. Wood, G. Wormser, S. A. Wotton, H. Wu, J. Wu, T. Wu, X. Wu, Y. Wu, Z. Wu, K. Wyllie, S. Xian, Z. Xiang, Y. Xie, T. X. Xing, A. Xu, L. Xu, M. Xu, R. Xu, Z. Xu, Z. Xu, Z. Xu, Z. Xu, S. Yadav, K. Yang, X. Yang, Y. Yang, Y. Yang, Z. Yang, Z. Yang, H. Yeung, H. Yin, X. Yin, C. Y. Yu, J. Yu, K. Yu, X. Yuan, Y Yuan, S. Zalambani, J. A. Zamora Saa, F. Zangari, M. Zavertyaev, M. Zdybal, F. Zenesini, C. Zeng, M. Zeng, S. H Zeng, C. Zhang, C. Zhang, D. Zhang, J. Zhang, L. Zhang, Q. Z. Zhang, R. Zhang, S. Zhang, S. L. Zhang, Y. Zhang, Z. Zhang, J. Zhao, M. Zhao, Y. Zhao, A. Zhelezov, S. Z. Zheng, X. Z. Zheng, Y. Zheng, T. Zhou, X. Zhou, V. Zhovkovska, L. Z. Zhu, X. Zhu, X. Zhu, Y. Zhu, V. Zhukov, J. Zhuo Gao, T. Zies, D. Zuliani, X. Zuo
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아원자 세계에서 물질은 고정되고 변하지 않는 실체가 아니라 에너지와 입자의 역동적인 흐름입니다. 고에너지 입자들이 서로 충돌할 때, 이들은 단순히 서로 튕겨 나가는 것이 아니라 '제트(jet)'라고 불리는 새로운 입자들의 분사 형태로 부서집니다. 이 제트는 우주를 결합하는 근본적인 힘, 구체적으로는 쿼크와 글루온을 묶어주는 강한 상호작용(강력)의 가시적인 발자국입니다. 수십 년 동안 물리학자들은 이 제트를 연구하여, 충돌의 혼돈스러운 에너지가 어떻게 우리 주변에서 보이는 안정적인 입자로 정착하는지를 이해하고자 노력해 왔습니다. 이 분야의 핵심 질문은 입자들이 고에너지의 혼돈 상태에서 차분하고 조직된 상태로 이동함에 따라 이 미세한 상호작용을 지배하는 규칙들이 어떻게 변하는가 하는 것입니다. 과학자들은 이 전이를 매핑하기 위해 '에너지-에너지 상관자(energy-energy correlator)'라는 특정 도구를 사용합니다. 단순히 제트에 얼마나 많은 입자가 있는지를 세는 대신, 이 도구는 두 입자 사이의 에너지가 다양한 각도에 걸쳐 어떻게 분포되는지를 측정합니다. 입자 사이의 각도가 작아짐에 따라 이 분포가 어떻게 변하는지를 관찰함으로써, 연구자들은 고에너지 물리학의 법칙이 입자 형성의 규칙으로 넘어가는 정확한 순간, 즉 '가둠 규모(confinement scale)'라고 알려진 경계를 볼 수 있습니다.
대형 강입자 충돌기(LHC)의 LHCb 검출기를 사용하는 연구팀은 매우 특정한 유형의 제트를 사용하여 이 현상을 새롭게 살펴보았습니다. 그들은 Z 보손(충돌에서 깨끗하고 밝은 표식 역할을 하는 무거운 입자)과 정반대 방향으로 생성되는 제트에 집중했습니다. 이러한 이벤트가 발생하는 방식 덕분에, 그들이 연구한 제트는 거의 전적으로 가벼운 쿼크들로 구성되어 있어, 이러한 특정 입자들이 어떻게 행동하는지 테스트할 수 있는 순수한 샘플을 제공합니다. 연구팀은 수십억 건의 양성자-양성자 충돌 데이터를 분석하여 제트 내의 전하를 띤 입자 쌍을 찾았습니다. 그들은 이 입자 쌍의 에너지를 측정하고 그들이 얼마나 떨어져 있는지를 측정했으며, 입자들이 같은 전하를 가졌는지 혹은 반대 전하를 가졌는지에 따라 데이터를 분류했습니다. 이를 통해 연구팀은 제트가 격렬한 탄생으로부터 최종적인 안정된 형태에 이르기까지의 여정을 전례 없는 세부 사항으로 매핑할 수 있었습니다.
결과는 이 제트들이 어떻게 진화하는지에 대한 명확한 패턴을 보여줍니다. 제트 내부의 입자들이 서로 가까워짐에 따라, 데이터는 입자의 행동이 고에너지 계산에 의해 지배되는 상태에서 복잡한 고체 물질 형성 과정에 의해 지배되는 상태로 변화하는 뚜렷한 전환을 보여줍니다. 연구진은 이 전환이 제트의 에너지에 따라 달라지는 매우 특정한 규모에서 발생한다는 것을 발견했습니다. 제트의 에너지를 고려하여 측정을 조정했을 때, 모든 서로 다른 에너지 그룹에 대한 전환 지점들이 완벽하게 일치했습니다. 이러한 일치는 가벼운 쿼크 제트가 형성되는 데 있어 보편적인 크기 제한, 즉 에너지를 생성하는 데 얼마나 많은 에너지가 사용되었는지와 관계없이 일정하게 유지되는 근본적인 척도가 존재함을 시사합니다. 이 발견은 물질이 형성되는 규칙이 양성자 충돌에서 생성되든 전자와 양전자 쌍소멸에서 생성되든 동일하다는 아이디어를 뒷받침하며, 이는 예측되었으나 이 특정 맥락에서는 아직 확인되지 않았던 일관성입니다.
연구는 또한 전하가 제트 형성에 영향을 미치는지 확인하기 위해 입자의 전기적 전하를 면밀히 조사했습니다. 연구진은 반대 전하를 가진 입자 쌍이 같은 전하를 가진 쌍보다 훨씬 더 밀접하게 나타날 가능성이 높다는 것을 발견했습니다. 입자들이 제트가 형성되는 지점에 가까워질수록, 이러한 반대 전하에 대한 선호도는 더욱 강해졌습니다. 데이터는 두 입자 사이의 각도가 작아짐에 따라 이러한 반대 전하 쌍의 수가 유의미하게 증가했음을 보여주었습니다. 이러한 거동은 입자들을 붙잡고 있는 힘이 끊어져 새로운 반대 전하 쌍을 만들어내는 과정인 '끈 끊어짐(string breaking)' 메커니즘을 모델링하는 컴퓨터 시뮬레이션과 잘 일치합니다. 실제 데이터가 이러한 시뮬레이션과 매우 밀접하게 일치한다는 사실은 이 메커니즘이 실제로 제트 형성을 주도하는 주요 동력임을 시사합니다.
연구팀은 제트가 충돌 지점에 대해 급격한 각도로 움직이는 검출기의 전방 속도(forward-rapidity) 영역에서 이러한 패턴을 측정함으로써, 이러한 근본적인 과정에 대한 새롭고 독립적인 관점을 제공했습니다. 이 측정은 가벼운 쿼크 제트에서 고에너지의 혼돈으로부터 안정적인 물질로의 전이가 예측 가능한 방식으로 일어남을 확인해 줍니다. 연구진은 또한 자신들의 결과가 다른 실험의 이전 측정값들과 일치한다는 점을 언급하며, 가둠 규모가 자연의 보편적인 속성이라는 생각을 강화했습니다. 비록 데이터가 현재의 모델과 매우 잘 들어맞지만, 연구팀은 이러한 결과가 향후 더 정밀한 연구, 특히 질량이 형성 규칙을 바꾸는지 확인하기 위해 가벼운 쿼크 제트와 더 무거운 입자로 구성된 제트를 비교하는 연구의 문을 열었다고 강조합니다. 이 연구는 에너지가 어떻게 흐르고 물질로 변환되는지에 대한 강력한 확인으로서, 우리 우주를 형성하는 보이지 않는 힘에 대한 더 명확한 그림을 제공합니다.
기술 요약: s=13 TeV의 양성자-양성자 충돌 내 Z-태그 제트에서의 에너지-에너지 상관 함수(Energy-energy correlators)
문제 및 동기
에너지-에너지 상관 함수(EEC)는 제트 내 하드론들의 운동량 가중 각도 상관 관계를 분석함으로써 양자 색역학(QCD)의 섭동 및 비섭동 영역을 조사하기 위해 설계된 관측량이다. EEC는 이전에 전자-양전자(e+e−) 충돌에서 연구되었으며, 최근에는 LHC와 RHIC의 경량 쿼크 및 글루온이 풍부한 제트에서도 연구되었으나, 양성자-양성자($pp$) 충돌의 전방 래피디티(forward rapidity) 영역 내 경량 쿼크로 시작된 제트 내에서의 이러한 상관 함수를 구체적으로 특성화해야 할 필요성이 남아 있다. 이러한 측정은 서로 다른 충돌 시스템 간의 구속 규모(confinement scale)의 보편성을 테스트하고, 제트를 유발하는 파톤을 식별하는 데 매우 중요하다. 본 논문은 LHCb 수용 영역 내의 파톤 분포 함수의 비대칭성으로 인해 주로 경량 쿼크로 시작된 제트로 풍부해지는 샘플인, 전방 래피디티의 Z-태그 제트에서의 EEC 측정 결여 문제를 다룬다.
방법론
본 분석은 2016년에서 2018년 사이 LHCb 검출기에 의해 수집된, 통합 휘도 5.4 fb−1에 해당하는 양성자-양성자 충돌 데이터를 활용한다. 연구는 Z 보존이 제트와 역방향으로 생성되는 이벤트에 집중한다. Z 보존은 디뮤온 붕괴 채널(Z→μ+μ−)을통해재구성되며,뮤온은2 < \eta < 4.5및p_T > 20 \text{ GeV}조건을만족해야한다.제트는반디릭터(anti-k_T)알고리즘을사용하여반경매개변수R=0.5로재구성되며,Z보존과반대방향(\Delta\phi_{Z\text{-jet}} > 7\pi/8)으로생성된가장높은p_T를가진제트여야한다.선택된제트는횡운동량20 < p_{T,\text{jet}} < 100 \text{ GeV}및래피디티2.5 < y_{\text{jet}} < 4$를 가져야 한다.
2점 에너지 상관 함수 ΣEEC는 이러한 제트 내의 운동량 가중 전하 하드론 쌍의 수율로 정의되며, Z-태그 제트의 수로 정규화된다. 각도 거리는 (y,ϕ) 평면에서 RL=(Δy)2+(Δϕ)2로 측정된다. 본 분석은 다음을 보고한다:
- 포괄적(Inclusive) EEC: 모든 전하 하드론 쌍에 대하여.
- 전하 의존적(Charge-dependent) EEC: 동일 부호(LS) 및 반대 부호(OS) 쌍에 대해 각각, 그리고 그 차이에 대하여.
검출기 효과를 처리하기 위해, 본 분석은 엄격한 보정 및 언폴딩(unfolding) 절차를 적용한다. 입자 수준 이벤트는 특정 LHCb 설정을 가진 Pythia 8.186을 사용하고, EvtGen(붕괴용) 및 Photos(최종 상태 복사용)와 인터페이스하여 생성된다. 검출기 상호작용은 Geant4로 시뮬레이션된다. 3차원 언폴딩은 변수 (RL,pT,jet,wpT)에 대해 반복 베이지안 언폴딩(Iterative Bayesian Unfolding, IBU) 알고리즘을 사용하여 수행된다. 여기서 wpT는 운동량 가중치를 나타낸다. 이 과정은 제트 재구성 순도, 쌍 재구성 효율 및 스미어링(smearing) 효과를 보정한다. 계통 오차는 검출기 모델링, 트랙 식별 기준, 언폴딩 매개 参数 및 선택 효율을 변화시켜 평가된다.
주요 결과
본 논문은 전방 래피디티의 Z-태그 제트 내에서 포괄적, 동일 부호 및 반대 부호 EEC의 첫 번째 측정을 제시한다.
- 전이 영역 및 보편성: RL에 따른 포괄적 EEC 분포는 pT,jet가 증가함에 따라 더 낮은 각도 분리로 이동하는 전이 영역을 보여준다. 이 거동은 RLtransition∼ΛQCD/⟨pT,jet⟩의 스케일링을 따른다. 각도 거리가 평균 제트 횡운동량(RL⟨pT,jet⟩)에 의해 스케일링될 때, 서로 다른 pT,jet 빈(bin)들에 대한 전이 영역들이 일치한다. 추출된 전이 스케일은 측정된 pT,jet 범위 전체에서 약 2.7 GeV이다. 이러한 일치는 서로 다른 충돌 환경(e+e− 및 $pp$)에서 경량 쿼크로 시작된 제트의 보편적인 구속 규모에 대한 가설을 뒷받침한다.
- 이론적 일치: 이전의 이론적 작업에 기반한 현상론적 예측은 섭동(큰 RL) 및 비섭동(작은 RL) 영역 모두에서 데이터의 특징을 매우 잘 설명한다.
- 전하 의존적 역학: 전하 의존적 측정은 반대 부호 상관 관계가 위상 공간을 지배하여, 차이값 (ΣOS−ΣLS)이 음수 값을 갖게 함을 보여준다. RL이 섭동 영역에서 전이 영역으로 감소함에 따라 반대 부호 상관 관계가 강화된다. 이러한 강화는 Pythia 시뮬레이션에 의해 잘 설명되며, 이는 작은 각도에서 반대 전하 쌍이 생성되는 스트링 깨짐(string breaking)과 같은 메커니즘을 시사한다. 자유 하드론 영역(매우 작은 RL)에서, 분포는 pT,jet<50 GeV에 대해 평탄한 형태를 보이지만, 불확일성을 고려할 때 다른 실험에서 관찰된 음의 기울기와도 일치할 수 있다.
의의 및 주장
본 논문은 이러한 측정들이 섭동 및 비섭동 영역 사이의 전이에서 QCD 역학을 테스트하는 강력한 도구임을 주장한다. 주요 의의는 다음과 같다:
- 보편성: 데이터에 대한 이론의 성공적인 설명과 서로 다른 pT,jet 빈들 사이의 전이 영역 정렬은 경량 쿼크로 시작된 제트의 구속 규모의 보편성을 지지하며, 이를 e+e−에서 $pp$ 충돌로 확장한다.
- 플래이버 민감도: Z-태깅을 통해 경량 쿼크 제트가 풍부한 샘플을 활용함으로써, 결과는 향로 연구를 위한 베이스라인을 구축한다. 이는 더 무거운 쿼크나 다른 플래이버 구성을 포함하는 샘플과의 비교를 통해 EEC의 플래버 의존성을 조사할 수 있게 한다.
- 하드론화 프로브: 전하 의존적 결과, 특히 작은 각도에서의 반대 부호 상관 관계 강화는 섭동 계산만으로는 설명할 수 없는 하드론화 모델 및 전하 의존적 역학을 조사하는 수단을 제공한다.
저자들은 에너지 상관 함수가 제트 형성을 연구하고 비섭동 QCD 효과를 탐구하는 강력한 형식론 역할을 한다고 결론지으며, LHCb의 전방 수용 영역이 경량 쿼크 제트 물리학에 대한 독특한 창을 제공한다고 밝힌다.
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