[論文レビュー] Direct photon production and jet energy-loss in small systems

Chun Shen, Chanwook Park+4 more|arXiv (Cornell University)|Jan 12, 2016

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 17被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、p+Pb や (p,d,3He)+Au などの小スケール衝突系における直接的光子生成およびジェットエネルギー損失を調査し、強い結合型のクォーク・グルーオン・プラズマの形成を調べる。イベントごとの流体力学的シミュレーションとジェット輸送モデルを用いた結果、低横運動量領域で約50%の熱的増幅が観測され、中心部の p+Pb 衝突において p_T ~ 10 GeV で電荷を帯びたハドロンの核修飾因子 R_{pA} ≈ 0.8 に達する顕著なジェットエネルギー損失が得られ、小スケール系における集団的挙動の証拠が示された。

ABSTRACT

Two types of penetrating probes, direct photon and QCD jets, are investigated in the background of a small and rapidly expanding droplet of quark-gluon plasma. The additional thermal electromagnetic radiation results in a $\sim$50\% enhancement of the direct photons. In high multiplicity p+Pb collisions, jets can lose a sizeable fraction of their initial energy, leading to a charged hadron $R_\mathrm{pA}$ of $\sim$0.8 at a transverse momentum around 10\,GeV. Those two proposed measurements can help understand the apparent collective behaviour observed in small collision systems.

研究の動機と目的

• 小スケール衝突系におけるクォーク・グルーオン・プラズマの同定に、熱的光子放射とジェットエネルギー損失が補完的プローブとして機能するかどうかを調査すること。
• 高多重度 p+Pb 衝突で観測された集団的挙動が、顕著な電磁的およびパートオン的エネルギー損失を示す熱的媒体に起因するかどうかを特定すること。
• LHC や RHIC のエネルギー領域における p+Pb や (p,d,3He)+Au などの小スケール系における直接的光子増幅およびジェットエネルギー損失の大きさを定量化すること。
• 初期条件のイベントごとのフラクチュエーションが、小スケール系における直接的光子およびジェット観測量に与える影響を評価すること。

提案手法

• 小スケール系のためのフラクチュエーティング・モンテカルロ・グローバー初期条件を用いた、iEBE-VISHNU フレームワークに基づくイベントごとの相対論的流体力学的シミュレーション。
• 膨張するクォーク・グルーオン・プラズマからの熱的放射を介した直接的光子スペクトルの計算、バルク媒体からの寄与を含む。
• MARTINI モンテカルロイベントジェネレータを用いたジェットエネルギー損失のシミュレーション、媒体誘発放射、弾性散乱、経路長依存性を組み込む。
• 固定された強い結合定数 α_s = 0.27 と運動量依存のランニング結合を、ジェット-媒体相互作用に用いる。
• T_c = 165 MeV まで低下した後のパートオンのハドロン化を、Pythia ストリングフラグメンテーションモデルで行う。
• イベント平均化およびイベントごとの流体力学的媒体を用いて、エネルギー損失ありとなしの両方の状況で、電荷を帯びたハドロンの核修飾因子 R_{pA} を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √s_NN = 5.02 TeV のような p+Pb などの小スケール系において、熱的光子放射が直接的光子生成にどの程度寄与するか？
• RQ2 小スケール系におけるジェットエネルギー損失は、より大きな系と比較してどう異なるか。また、高 p_T の電荷を帯びたハドロンの抑制を説明できるか？
• RQ3 初期状態のイベントごとのフラクチュエーションが、小スケール衝突系における直接的光子およびジェット観測量に果たす役割は何か？
• RQ4 異なる衝突種別および中央度において、小スケール系における直接的光子の非対称性流係数 v_2,3{SP} はどのように比較されるか？

主な発見

• √s_NN = 5.02 TeV の最小バイアス p+Pb 衝突において、低横運動量領域（p_T < 3 GeV）で熱的光子が直接的光子生成に約50%の増幅をもたらす。
• 0–1% の中央部 p+Pb 衝突において、より小さな系サイズにもかかわらず、直接的光子の熱的増幅は約150%に増大する。
• 中央部 p+Pb 衝突において、ジェットエネルギー損失により、p_T ~ 10 GeV で電荷を帯びたハドロンの核修飾因子 R_{pA} ≈ 0.8 に達する。これは顕著なエネルギー損失を示している。
• 最小バイアス p+Pb 衝突において、p_T > 40 GeV の領域ではエネルギー損失によるハドロン抑制は無視できるが、10 < p_T < 40 GeV の領域では依然として測定可能である。
• 初期状態のイベントごとのフラクチュエーションは、平均的な火炎球サイズがフラクチュエーティング媒体内のホットスポットのスケールと同等であるため、R_{pA} に限られた影響を及ぼす。
• p+Pb 衝突（5.02 TeV）において、直接的光子の非対称性流係数 v_2,3{SP} が最大となり、これは火炎球の寿命が長く、圧力勾配が強いからである。