[論文レビュー] A Nuclear Physics Program at the ATLAS Experiment at the CERN Large Hadron Collider

S. H. Aronson, K. Assamagan+8 more|ArXiv.org|Dec 13, 2002

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 14被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、CERNの大型ハドロン衝突型加速器（LHC）におけるATLAS実験内での核物理学プログラムを提案し、超相対論的重イオン衝突を用いてクォーカー・グルーオンプラズマ（QGP）の形成を研究することを目的としている。検出器の性能、物理学的目標、および極端な条件下における強い相互作用を受ける物質を調べるための実験的戦略を概説し、LHCエネルギーにおける今後の重イオン物理学の基盤的枠組みに貢献する。

ABSTRACT

The ATLAS collaboration has significant interest in the physics of ultra-relativistic heavy ion collisions. We submitted a Letter of Intent to the United States Department of Energy in March 2002. The following document is a slightly modified version of that LOI. More details are available at: http://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/SM/ions

研究の動機と目的

• CERNの大型ハドロン衝突型加速器におけるATLAS実験内に包括的な核物理学プログラムを確立すること。
• 超相対論的重イオン衝突によって生成されるクォーカー・グルーオンプラズマの性質を調査すること。
• 極めて高いエネルギー密度および温度下における量子色力学（QCD）の相図を探索すること。
• ATLASの検出器性能を活用して、重イオン衝突の高精度な測定を実現すること。
• 米国エネルギー省の核物理学部門に公式な目的書（Letter of Intent）を提出し、共同研究および資金調査の着手を図ること。

提案手法

• 重イオン衝突における高多重度の最終状態を測定するために、ATLAS検出器の全カロリメータおよびトラッキングシステムを活用する。
• 部分子エネルギー損失および集団的流れを研究するため、高度な粒子同定およびジェット再構成技術を実装する。
• 全エネルギー堆積および中心度選別を測定するために、前方カロリメータおよびゼロ度カロリメータを用いる。
• イベントごとの解析および流れ調和測定を適用し、初期状態の幾何構造と最終状態の集団的性質を調べる。
• 主要な観測量（例：ジェットクエンチング、楕円流）への感度を最適化するため、検出器応答をシミュレーションおよびモデル化する。
• LHC設計パラメータに一致する√sNN = 5.5 TeVのPb-Pb衝突からのデータ統合を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCにおける超相対論的重イオン衝突において、クォーカー・グルーオンプラズマ形成の主な特徴は何か？
• RQ2 ジェットクエンチングおよび集団的流れのパターンは、衝突エネルギーおよび中心度に応じてどのように変化するか？
• RQ3 初期状態の幾何構造は、重イオン衝突における最終状態の粒子分布にどのように寄与するか？
• RQ4 ATLASの検出器性能を、核衝突の高精度測定に最適化するにはどうすればよいか？
• RQ5 中心部のPb-Pbイベントにおける高横動量粒子の期待される生成断面積および運動量分布はどのようなものか？

主な発見

• ATLAS検出器は、優れたトラッキング性能、カロリメータ性能、前方カバー範囲を備えており、超相対論的重イオン衝突の研究に適している。
• 提案されたプログラムにより、ジェットクエンチング、楕円流、高横動量領域での粒子生成の測定が可能になる。
• 前方カロリメータを用いた中心度選別により、衝突の幾何構造およびエネルギー密度の正確な特徴づけが可能になる。
• 目的書は、米国がLHC核物理学に参加するための現実的で科学的かつ技術的な基盤を提示している。
• このプログラムは、QCD相図の探査およびクォーカー・グルーオン物質の脱コンfinementの兆候の探索を目的として設計されている。
• 共同研究は、LHCエネルギー下での重イオン衝突における集団的現象および部分子エネルギー損失の感度をATLASが達成できると予想している。