[論文レビュー] Direct jet reconstruction in p + p and Cu + Cu at PHENIX

Y. S. Lai|arXiv (Cornell University)|Nov 18, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、RHICにおけるp+PbおよびCu+Cu衝突における高背景と限られた検出器透過率の課題を克服するために、新規のガウスフィルタベースのジェット再構成アルゴリズムを提示する。この手法により、偽ジェット率が低減された直接的ジェット再構成が可能となり、中心的Cu+Cu衝突において顕著なジェット抑制（R_AA ≈ 0.5–0.6）が観測され、高pT π⁰メソンと整合的である。また、方位的ジェット相関において、横方向運動量の広がりが最小限であることが明らかになった。

ABSTRACT

The Relativistic Heavy Ion Collider collides heavy nuclei at ultrarelativistic energies, creating a strongly interacting, partonic medium that is opaque to the passage of high energy quarks and gluons. Direct jet reconstruction applied to these collision systems provides a crucial constraint on the mechanism for in-medium parton energy loss and jet-medium interactions. However, traditional jet reconstruction algorithm operating in the large soft background at RHIC give rise to fake jets well above the intrinsic production rate of high-pT partons, impeding the detection of the low cross section jet signal at RHIC energies. We developed a new jet reconstruction algorithm that uses a Gaussian filter to locate and reconstruct the jet energy. This algorithm is combined with a fake jet rejection scheme that provides efficient jet reconstruction with acceptable fake rate in a background environment up to the central Au + Au collision at sqrt(s_NN) = 200 GeV. We present results of its application in p + p and Cu + Cu collisions using data from the PHENIX detector, namely p + p cross section, Cu + Cu jet yields, the Cu + Cu nuclear modification factor, and Cu + Cu jet-jet azimuthal correlation.

研究の動機と目的

• RHICにおける重イオン衝突における高バックグラウンド揺らぎに強く、耐性のあるジェット再構成アルゴリズムの開発を目的とする。
• PHENIXの狭い透過率と大きなソフトバックグラウンドのため、従来のコーン法およびk⊥アルゴリズムに見られる制限を克服することを目的とする。
• RHICで初めて、p+pおよびCu+Cu衝突におけるジェットスペクトルおよび抑制の直接測定を可能とすることを目的とする。
• R_AAおよび方位的相関を通じて、臨界依存のジェットエネルギー損失とジェット-物質相互作用を調査することを目的とする。
• ジェットの広がりと検出器透過率がジェット再構成効率に与える影響を評価することを目的とする。

提案手法

• 横方向運動量密度にσ = 0.3のガウスフィルタを適用し、コアジェットエネルギーを強調するとともに、周辺の揺らぎを抑制する。
• フィルタ出力を用いて局所的最大値を候補ジェット軸として特定し、従来のコーンベースのクラスタリングに代わる。
• バックグラウンド揺らぎに起因する誤ったジェット候補を抑制するための偽ジェット拒否スキームを実装する。
• 検出器透過率を補正するため、面積正規化混合イベント補正を用いてジェットyieldを抽出する。
• 核修正因子R_AAは、Cu+Cuのジェットyieldをp+pのものと比較し、衝突幾何学的要因にスケーリングして計算する。
• 方位的ジェット-ジェット相関は、Δϕ分布へのガウスフィッティングを用いて抽出し、透過率補正を施す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ガウスフィルタベースのジェット再構成アルゴリズムは、高多重度の重イオン環境において偽ジェットを効果的に抑制できるか？
• RQ2 限られた検出器透過率を持つRHICにおいて、p+pおよびCu+Cu衝突での直接ジェット再構成はどの程度可能か？
• RQ3 Cu+Cu衝突におけるジェット抑制（R_AA）は臨界に依存してどのように変化するか？また、単一粒子観測量と比較してどうなるか？
• RQ4 方位的相関から推定される、物質中に残存するジェットの横方向運動量広がりはどの程度か？
• RQ5 ジェット半径をσ = 0.3として選択することで、物質内での広がったジェットが除外され、測定にバイアスがかかるおそれがあるか？

主な発見

• RHICで初めてp+pのジェットスペクトルの直接測定が達成され、pT ≈ 60 GeV/cまで延長され、断面積はEd³σ/dp³ ≈ 0.3 fb GeV⁻²c³であった。
• 中心的Cu+Cu衝突（0–20%臨界）ではR_AA ≈ 0.5–0.6のジェット抑制が観測され、高pT π⁰メソンの抑制レベルと整合的であった。
• Cu+Cuにおけるジジェットの方位相関幅は、臨界に依存せず一定であり、0–20%で0.223 ± 0.017、40–60%で0.260 ± 0.059の値を示し、横方向運動量の広がりが最小限であることが示された。
• ガウスフィルタアルゴリズムは、高バックグラウンド環境下でも偽ジェットを効果的に抑制しながら、真のジェット信号を保持できた。
• ジェット抑制は、pT > 12–16 GeV/cの領域で偽レジェットスキームに依存せず、物質内での本物のエネルギー損失を示している。
• 本手法は、RHICにおけるCu+Cu衝突の全臨界領域で直接ジェット再構成が可能であることを示し、ジェット-物質相互作用の研究へのアクセスを開いた。