[論文レビュー] A Breath of Fresh Air for Molière: Detecting Molière Scattering using Jet Substructure Observables in Oxygen Collisions

Arjun Srinivasan Kudinoor, Arthur Yi-Ting Lin+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 24, 2026

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 0

ひとこと要約

本論文はハイブリッドな強結合/弱結合のジェットクォenchingモデルを用いて、ジェット部分子と量子色体プラズマのMolière散乱がOO衝突データを説明するうえで不可欠であることを示し、ソフトドロップのR_gおよびエネルギー-エネルギー相関（EEC）を介して散乱がジェット内部構造をどう変えるかを調べ、OO/pp観測量をモデルに依存しない署名として提案します。

ABSTRACT

Ultra-relativistic oxygen-oxygen (OO) collisions are a promising arena in which to probe rare, large-angle, high momentum-transfer $2 ightarrow2$ Molière scatterings between energetic jet partons and quasiparticles in quark-gluon plasma (QGP). As a jet propagates through the droplet of QGP formed in the same collision, its constituents lose energy to and excite wakes in the medium, and may scatter off quark- and gluon-like quasiparticles in QGP. Using the hybrid strong/weak coupling model, we show that including Molière scatterings between jet partons and medium quasiparticles is essential to reproduce recent CMS measurements of charged-particle suppression in OO collisions with this model. We then present the first theoretical study of how jet-medium interactions modify the internal structure of jets in OO collisions. We find that Molière scatterings broaden the Soft Drop splitting angle $R_g$, enhancing the population of $R=0.4$ and $R=0.8$ jets with $R_g\gtrsim0.2$ in OO collisions relative to pp collisions. Energy-energy correlators (EECs) provide a complementary probe, exhibiting enhanced large-angle correlations within jets due to jet-induced wakes and Molière scattering. In both cases, we propose an experimental measurement where the relevant OO/pp ratio can, if enhanced above unity in future data as in our calculations, be a distinctive, model-independent, detection of hard scattering off QGP quasiparticles. We furthermore use our calculations of EECs to show how the angular scale corresponding to the deflection of jet or medium partons by Molière scattering is imprinted in the EEC for jets with radius $R_{ m jet}\sim0.8$ in OO collisions. These results demonstrate that jet substructure measurements in OO collisions are promising avenues to probe the quasiparticles that emerge at short distances within an otherwise strongly coupled medium.

研究の動機と目的

• OO衝突を、ジェット部分の2→2の大角度モイリール散乱とQGP準粒子との間の希少な散乱を探るクリーンな環境として動機づける。
• Hybrid Modelへモイリール散乱を組み込み、CMSのOO衝突における荷電ハドron抑制データを再現する。
• ジェットと媒質の相互作用が内部ジェット構造に与える影響を、ソフトドロップR_gとEECを用いて調べる。
• OO対pp衝突における hard scattering off QGP準粒子の、モデルに依存しない特徴的な実験署名を特定する。

提案手法

• 摂動論的な高虚数サイズのショアリング（Pythia）とホログラフィー風のエネルギー損失および媒質 wakes を組み合わせたHybrid Modelを用いる。
• 媒質準粒子との弾性モイリール散乱を含め、大きな運動量転送をtおよびu閾値とDebye質量に基づくスクリー二ングで強制する。
• イベントごとの流体力学プロファイルを用いてQGP媒質とジェット誘起 wakesをモデル化し、柔らかな放射にはCooper-Fryeスペクトルを適用する。
• 異なる散乱シナリオの下でPbPbジェットとハドロン抑制を適合させるため、パートン-媒質結合パラメータκ_scを変化させる。
• ソフトドロップの grooming（R_g）とEECをOOおよびpp衝突で分析し、トラックベースおよび運動量カットを用いて影響を分離する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Hybrid Modelにモイリール散乱を含めたとき、荷電ハドロン抑制に有意な影響が現れるか？
• RQ2 モイリール散乱はOO対pp衝突におけるソフトドロップR_gやEECのようなジェットサブストラクチャ観測をどのように変更するか？
• RQ3 OO/pp比較のR_gとEECが、モデルに依存せず硬いジェット-準粒子散乱の特徴的署名を提供できるか？
• RQ4 異なるジェット半径とjet p_Tの組み合わせに対して、モイリール散乱による定義角の影響はEECにどのように現れるか？

主な発見

• モイリール散乱はHybrid Model内でCMSのOOデータの荷電ハドロン抑制を再現するうえで不可欠である。
• モイリール散乱はソフトドロップの分岐角R_gを広げ、R_jet = 0.4および0.8のいずれでもR_g ≳ 0.2のジェットのOO/pp集団を増大させる。
• モイリール散乱と wakes によってEECはジェット内の大角度相関が強化される。特にソフトトラックを含めると効果が顕著で、p_T > 2 GeVのカットを適用するとモイリール効果を分離できる。
• トラック閾値付きでは、OO/ppのEEC比は中間的なR_Lで特徴的なバンプを示し、その位置はジェットp_Tの増加とともに減少する。これはモイリール散乱からの典型的な定義角を示す。
• R_gの広がりとEECの増強の組み合わせは、OO衝突における硬いジェット-準粒子散乱の、モデルに依存しない可能性のある署名を補完的に提供する。