[論文レビュー] An overview of the CUJET model: Jet Flavor Tomography applied at RHIC and LHC

Alessandro Buzzatti, Miklós Gyulassy|arXiv (Cornell University)|Jul 25, 2012

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 2被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、RHICおよびLHCにおけるクォーク・グルーオン・プラズマにおけるジェットクエンチングをシミュレートする、モンテカルロ pQCD ベースのフレームワークである CUJET モデルを提示する。このモデルは、質量とスペクトル形状の競合効果によって、異なるジェットフレーバーの $R_{AA}$ に新たなレベル交差パターンを予測し、走行結合定数補正がエネルギー損失の $p_T$-依存性を抑制することで、LHC データとの整合性を向上させるが、RHIC の予測には影響を与えない。

ABSTRACT

Jet Flavor Tomography is a powerful tool used to probe the properties of Quark Gluon Plasma formed in heavy ion collisions at RHIC and LHC. A new Monte Carlo model of jet quenching developed at Columbia University, CUJET, was applied to predict the jet flavor and centrality dependence of the nuclear modification factor $R_{AA}$. The predictions for fragments $f=π,D,B,e$, derived from quenched jet flavors $a=g,u,c,b$ in central and peripheral collisions at RHIC and LHC, exhibit novel features such as a level crossing pattern in $R_{AA ightarrow a ightarrow f}$ over a broad transverse momentum range which can test jet-medium dynamics in quark gluon plasmas and help discriminate between current energy loss models. Furthermore, the inclusion of running coupling effects seems to change the jet energy dependence of the jet energy loss to a non trivial constant behavior, with a visible impact on the predictions for $R_{AA}$.

研究の動機と目的

• ジェット断層法における理論的および数値的不確実性を低減するために、より正確なモンテカルロ的ジェットクエンチングモデルの開発を目的とする。
• 動的で透過率シリーズに基づくアプローチを用いて、RHIC および LHC における $\pi$, $D$, $B$, および $e^-$ の $R_{AA}$ のフレーバーおよび中央度依存性を予測すること。
• 走行結合定数効果がジェットエネルギー損失および $R_{AA}$ に与える影響を検証し、特に LHC データの乖離に関する文脈で評価すること。
• パートオン質量、初期スペクトル形状、および媒体のダイナミクスの影響を分離することで、競合するエネルギー損失モデルを区別すること。

提案手法

• CUJET は、放射的および弾性エネルギー損失を含む、ジェット媒体誘発放射スペクトルに対する有限オーダー透過率補正を計算するためにモンテカルロ手法を用いる。
• モデルは、磁気的および電気的スクリーニング限界の間を補間する動的 HTL（ハード・サーマル・ループ）形式を用いて、ジェット-媒体相互作用ポテンシャルをモデル化する。
• 1+1次元の Bjorken 膨張と Glauber 初期条件を用いて、縦方向に膨張し、横方向に広がる QGP の幾何的形状を統合する。
• エネルギー損失確率分布 $P_a(\epsilon; p_i, \mathbf{x}, \phi)$ は、初期ジェット位置および方向の平均化を行い、pQCD ジェット生成断面積およびフラグメンテーション関数 $D_{f/a}(x,Q)$ と畳み込む。
• 走行結合定数効果は、1ループ $\alpha_s(Q^2)$ のパラメータ化により導入され、$\alpha_0$ が唯一の自由パrameterであり、LHC における $R_{AA}^\pi(p_T=40\,\text{GeV})=0.35$ にフィッティングされる。
• 最終的な $R_{AA}$ 値は、エネルギー損失分布をフラグメンテーションおよび崩壊モデルと畳み込むことで計算され、$p_T$ および $\sqrt{s}$ 全域における $R_{AA}^{a \to f}$ の予測が可能になる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 走行結合定数効果の組み込みが、重イオン衝突におけるエネルギー損失および $R_{AA}$ の $p_T$-依存性にどのように影響するか？
• RQ2 パートオン質量と初期ジェットスペクトル形状の相互作用が、異なる最終状態フラグメンテーションの $R_{AA}$ にどのような観測可能なシグネチャーをもたらすか？
• RQ3 走行結合定数効果を含めた場合に、同一のパrameterセットで RHIC および LHC の両方の $R_{AA}$ データを再現できるか？
• RQ4 高 $p_T$ における $\pi$, $D$, $B$ メソンの $R_{AA}$ 間で予測されるレベル交差パターンの起源は何か？

主な発見

• CUJET モデルは、高 $p_T$ における $\pi$, $D$, $B$ メソンの $R_{AA}$ に、$R_{AA}^\pi > R_{AA}^D > R_{AA}^B$ という新たなレベル交差パターンを予測する。これは、$b$ ジェットのエネルギー損失 $\Delta E/E$ が $c$ ジェットよりも大きいにもかかわらず、LHC で観測される。
• この逆転は、RHIC における $c$ および $b$ ジェットの初期 $p_T$-スペクトルが急峻であることに起因し、これにより高いエネルギー損失が相殺されるため、$R_{AA}$ の順序が非単調になる。
• 走行結合定数効果の組み込みにより、エネルギー損失の $p_T$-依存性が抑制され、ほぼ一定の有効エネルギー損失が得られ、LHC の $R_{AA}$ データとの整合性が向上する。
• 走行結合定数モデルは、予想される $\ln E \sim E^{1/3}-E^{1/4}$ の LPM スケーリングとは異なるべき乗指数 $a(E)$ を得るが、これは標準的な pQCD のエネルギー依存性が相殺されていることを示唆する。
• RHIC における $R_{AA}^\pi$ のモデル予測は、走行結合定数効果の有無にかかわらずほとんど変化せず、$5-20$ GeV 範囲の既存データと整合的である。
• LHC への外挿において、$\alpha_0=0.4$ を $R_{AA}^\pi(p_T=40\,\text{GeV})=0.35$ にフィッティングした結果、固定 $\alpha_s$ の結果よりも、予備の ALICE および CMS データとより良好な一致を示す。