[論文レビュー] Distorting the Hump-backed Plateau of Jets with Dense QCD Matter

Nicolas Borghini, Urs Achim Wiedemann|ArXiv.org|Jun 22, 2005

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 1被引用数 41

ひとこと要約

本稿では、すべてのパートン分岐（先行的および準先行的）を同等に扱い、局所的エネルギー運動量保存を強制することで、密度の高いQCD物質における中間的なパートンエネルギー損失を一貫してモデル化する修正された先行対数近似（MLLA）フレームワークを導入する。このモデルは、RHICにおける高-$p_T$ハドロンの強い抑制が、ジェットフラグメンテーションにおけるハムバックドプラトーの測定可能な歪みを引き起こすことを示しており、軟らかなグルーオン放射が観測可能になるのは、ジェットエネルギーに応じて増加する $p_T^\text{cut}$ 以上で、LHCにおける200 GeVジェットでは約7 GeVに達する。

ABSTRACT

The hump-backed plateau of the single inclusive distribution of hadrons inside a jet provides a standard test of the interplay between probabilistic parton splitting and quantum coherence in QCD. The medium-induced modification of this QCD radiation physics is expected to give access to the properties of the dense medium produced in relativistic heavy ion collisions. Here, we introduce a formulation of medium-induced parton energy loss, which treats all leading and subleading parton branchings equally, and which - for showering in the vacuum - accounts for the observed distribution of soft jet fragments. We show that the strong suppression of single inclusive hadron spectra measured in Au-Au collisions at the Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) implies a characteristic distortion of the hump-backed plateau; we determine, as a function of jet energy, to what extent the soft jet fragments can be measured above some momentum cut. Our study further indicates that the approximate pT-independence of the measured nuclear modification factor does not exclude a significant Q^2-dependence of parton energy loss.

研究の動機と目的

• 既存のモデルが示す、準先行的分岐の不一致な取り扱いや局所的エネルギー運動量保存の欠如といった限界を克服すること。
• 単一インクルーシブハドロンスペクトルを用いて、密度の高いQCD物質がジェットフラグメンテーションにおけるハムバックドプラトーに与える歪みを調査すること。
• 中間的エネルギー損失に起因する軟らかな放射がジェット多重度分布で測定可能になる最小の運動量スレッシュホールド（具体的には $p_T^\text{cut}$）を特定すること。
• 観測された $p_T$-不変性の核反応断面積 $R_{AA}$ が、パートンエネルギー損失の $Q^2$-依存性と整合するかどうかを検討すること。

提案手法

• すべてのパートン分岐を同等に扱い、角度順序付けと正確な局所的エネルギー運動量保存を満たす確率的カスケードを用いて、中間物質に修正されたMLLA進化方程式を定式化する。
• 中間物質誘発放射をモデル化するため、分裂関数に中間物質増幅要因 $f_{\rm med}$ を導入し、RHICにおける $R_{AA} \approx 0.2$ を再現するようにキャリブレーションする。
• Mellinモーメント $M_i(\nu, \tau)$ に対してMLLA進化方程式を解き、角度順序を反映するための $\nu + \partial/\partial\tau$ シフトを組み込む。
• 局所的パートン-ハドロン双対性（LPHD）を適用し、パートン分布 $D(x, Q^2)$ をハドロン多重度分布 $dN^h/d\xi = K^h D(x, \tau)$ に写像する。
• 中間物質誘発軟放射の検出可能性を評価するため、横運動量カット $p_T^\text{cut}$ 以上の全ハドロン多重度 $N^h(p_T > p_T^\text{cut})$ を計算する。
• $Λ_{\rm eff} = 254$ MeV および $N_f = 3$ を用い、$K^h$ は異なるジェットエネルギーに対してデータに合わせて調整する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ジェットフラグメンテーションにおけるハムバックドプラトーの歪みが、密度の高いQCD物質の性質をどれほど効果的に探査できるか。
• RQ2 準先行的パートン分岐を含めることで、中間物質内での予測される軟らかなジェット多重度分布にどのような影響が生じるか。
• RQ3 中間物質誘発軟放射がジェット多重度スペクトルで測定可能になる最小の $p_T^\text{cut}$ はどの程度か。
• RQ4 観測された $p_T$-不変性の $R_{AA}$ は、$Q^2$-依存性を持つパートンエネルギー損失機構と整合することができるか。

主な発見

• 中間物質に起因するハムバックドプラトーの歪みにより、エネルギーがより軟らかなジェット断片に再分配され、準先行的 $\sqrt{\alpha_s}$ 矯正に起因して多重度最大値がより軟らかな $x$ 値にシフトする。
• RHICにおける15 GeVのジェットエネルギーでは、中間物質誘発軟放射が観測可能になる臨界 $p_T^\text{cut}$ は約1.5 GeVであり、この時点で背景が10倍に減少する。
• 100 GeVのジェットエネルギーでは、臨界 $p_T^\text{cut}$ は約4 GeVに増加し、200 GeVのジェットでは約7 GeVに達する。対応する測定可能な多重度は、約4から約7に上昇する。
• モデルは、$p_T$-不変性の $R_{AA}$ が、パートンエネルギー損失の $Q^2$-依存性を排除するものではないことを示しており、中間物質増幅要因 $f_{\rm med}$ が $Q^2$ に依存して変化しうることを示している。
• この形式的枠組みは、各分岐で局所的エネルギー運動量保存を満たす中間物質誘発放射を一貫してモデル化するものであり、従来のモデルが先行的分岐のみを扱っていたのに対し、より優れた性能を示す。