[論文レビュー] Ensemble-mean $\bf p_t$ and hadron production in high-energy nuclear collisions

T. A. Trainor|arXiv (Cornell University)|Aug 30, 2017

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、高エネルギー核衝突におけるハドロン生成の二成分モデル（TCM）を提案し、集合平均の横方向運動量（$\bar{p}_t$）を最小バイアス・ディジェット寄与と結びつける。$\bar{p}_{th}$（ハード成分）が $p$-$p$ 衝突において多重度に二次的に比例すること、Pb-Pb においてはアイケノイド的挙動に移行すること、$p$-Pb が中間的状況であることを示し、$\bar{p}_t$ 動向の流体力学的解釈に挑戦する。

ABSTRACT

A two-component (soft + hard) model (TCM) of hadron production in high-energy nuclear collisions is applied to ensemble-mean $p_t$ (denoted by $\bar p_t$) data for $p$-$p$, $p$-Pb and Pb-Pb collisions from the relativistic heavy ion collider (RHIC) and large hadron collider (LHC). This $\bar p_t$ TCM is directly related to a recently-published TCM for the charge-multiplicity $n_{ch}$ and collision-energy dependence of $p_t$ spectrum data from $p$-$p$ collisions. Multiplicity dependence of the $p$-$p$ spectrum hard component observed in the previous study is consistent with similar behavior for $\bar p_t$ hard component $\bar p_{th}$. $p$-$p$ $\bar p_t$ $n_{ch}$ dependence is observed to follow a noneikonal trend for the TCM hard component (dijet production $\propto n_{ch}^2$), whereas the trend for Pb-Pb collisions is consistent with the eikonal approximation assumed for the Glauber A-A centrality model. The $p$-Pb trend is intermediate, transitioning from the noneikonal $p$-$p$ trend for more-peripheral collisions to an eikonal trend for more-central collisions. The multiplicity dependence of participant number $N_{part}$ and binary-collision number $N_{bin}$ inferred from $p$-Pb $\bar p_t$ data differs strongly from a Glauber Monte Carlo model of that system. The rapid increase with $n_{ch}$ and large magnitude of $\bar p_t$ for the $p$-$p$ and $p$-Pb systems suggests that minimum-bias jets (TCM hard component) dominate $\bar p_t$ variation. The trend for $\bar p_{th}$ in Pb-Pb collisions is consistent with quantitative modification of jet formation in more-central A-A collisions.

研究の動機と目的

• 軟部およびハード部のハドロン生成の二成分モデル（TCM）を用いて、$p$-$p$、$p$-Pb、Pb-Pb 衝突における $\bar{p}_t$ 動向を解釈すること。
• $\bar{p}_t$ の変動がジェット生成に起因するのか、それとも流体力学的流れのメカニズムに起因するのかを特定すること。
• $p$-$p$ および $p$-Pb システムにおけるディジェット生成およびジェット断片化と、$\bar{p}_{th}$ の多重度依存性が一貫しているかどうかを検証すること。
• A-A 衝突における $\bar{p}_t$ 動向が、グローバー中心性モデルと一致するのか、あるいは修正されたジェットダイナミクスを要するのかを評価すること。
• $\bar{p}_t$ TCM パrameter と独立して測定されたジェットスペクトルおよび断片化関数との間の直接的な定量的関係を確立すること。

提案手法

• TCM は、$p_t$ スペクトルを軟部（熱的様）とハード部（ディジェット）の和としてモデル化し、ハード部は軟部密度 $\bar{\rho}_s = n_s / \Delta\eta$ に依存するガウス幅 $\sigma_{y_t+}$、$\sigma_{y_t-}$、および指数的尾部パラメータ $q$ でパラメータ化される。
• $\bar{p}_t$ 硬部 $\bar{p}_{th}(n_s, \sqrt{s})$ は、TCM スペクトルモデルから導出され、RHIC や LHC のエネルギーにおける $p$-$p$、$p$-Pb、Pb-Pb 衝突の $\bar{p}_t$ データにフィットされる。
• $\bar{p}_{th}$ の $n_{ch}$ 依存性を分析し、$p$-$p$ 衝突における非アイケノイド的 $n_{ch}^2$ 動向か、中央部 A-A 衝突におけるアイケノイド的動向かを検証する。
• パラメータ化された $\sigma_{y_t+}$、$\sigma_{y_t-}$、$q$ は $\bar{\rho}_s$ の関数として用いられ、200 GeV および 13 TeV の $p$-$p$ 衝突における $p_t$ スペクトル分析の先行結果に基づく形で導出される。
• $p$-Pb システムは、有効な参加粒子対の観点から、$p$-$p$（非アイケノイド的）と Pb-Pb（アイケノイド的）の挙動の間の遷移とモデル化される。
• TCM は、$\bar{p}_{th}$ の予測値と測定されたジェットスペクトルおよび断片化関数を比較することで検証され、ディジェット生成と定量的に一貫していることが確認された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 TCM が示唆するように、$p$-$p$ 衝突における $\bar{p}_t$ 動向は、最小バイアス・ディジェット生成に起因するのか？
• RQ2 $p$-Pb 衝突における $\bar{p}_{th}$ の多重度依存性は、$p$-$p$ と Pb-Pb の挙動の間でどのように遷移するのか？
• RQ3 Pb-Pb 衝突における $\bar{p}_t$ 硬部は、アイケノイド的スケーリングと一致するのか、それとも中央部衝突における修正されたジェットダイナミクスを要するのか？
• RQ4 $p$-$p$、$p$-Pb、Pb-Pb のすべての系において、$\bar{p}_t$ データを流体力学的流れを仮定せずに、単一の TCM フレームワークで定量的に記述できるのか？
• RQ5 TCM パrameter が、断片化や横方向運動量分布といった測定済みのジェット特性をどの程度反映しているのか？

主な発見

• $p$-$p$ 衝突における $\bar{p}_{th}$ 成分は、多重度 $n_{ch}^2$ に二次的に比例し、非アイケノイド的ディジェット生成と整合的である。
• $p$-Pb の $\bar{p}_t$ 動向は、外縁部衝突では $p$-$p$ 的な非アイケノイド的挙動を示し、中心部衝突ではアイケノイド的挙動に移行する。
• Pb-Pb における $\bar{p}_{th}$ の多重度依存性は、グローバー A-A 中心性モデルで仮定されるアイケノイド近似と整合的である。
• $p$-Pb の $\bar{p}_t$ データから推定された $N_{part}$ および $N_{bin}$ は、グローバー モンテカルロ モデルの予測とは顕著に異なっており、非自明な幾何的効果を示唆している。
• Pb-Pb における $\bar{p}_{th}$ 成分は、測定されたジェットスペクトルおよび断片化関数と定量的に一致しており、ディジェット起源が確認された。
• $\bar{p}_t$ TCM は、流体力学的流れを仮定せず、わずかなパラメータですべての系において $\bar{p}_t$ データを正確かつ簡潔に記述できる。