[論文レビュー] Explaining jet quenching with perturbative QCD alone

Korinna Zapp, Frank Krauss+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 29, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、eikonal近似を避けるために、完全な$2\to2$行列要素と一貫性のあるパートンシャワーを用いて、媒質誘発部品散乱と放射を同等に扱う摂動的QCDフレームワークを提示する。RHICおよびLHCの核反応因子データと良好な一致を示し、追加のチューニングなしに、純粋に摂動的ダイナミクスが、現実的な媒質モデルと組み合わせることでジェットクエンチングを記述可能であることを示している。

ABSTRACT

We present a new formulation of jet quenching in perturbative QCD beyond the eikonal approximation. Multiple scattering in the medium is modelled through infra-red-continued (2 -> 2) scattering matrix elements in QCD and the parton shower describing further emissions. The interplay between these processes is arranged in terms of a formation time constraint such that coherent emissions can be treated consistently. Emerging partons are hadronised by the Lund string model, tuned to describe LEP data in conjunction with the parton shower. Based on this picture we obtain a good description of the nuclear modification factor R_AA at RHIC and LHC.

研究の動機と目的

• eikonal近似に起因する大きな数値的不確実性を避ける完全な摂動的記述を、ジェットクエンチングに開発すること。
• 真空と媒質内放射の取り扱いを統一し、すべての放射を単一のパートンシャワー枠組みでモデル化すること。
• 弾性損失と非弾性損失の曖昧さを、すべてのパートン的相互作用を同じ量子力学的基盤で取り扱うことで解消すること。
• 衝突的および放射的エネルギー損失を含む、系統的に改善可能でモンテカルロ互換性のあるフレームワークを提供すること。
• 単純な媒質モデル（Bjorken）と摂動的QCDを組み合わせた場合、RHICおよびLHCにおける核反応因子の傾向を定量的に再現できるかどうかをテストすること。

提案手法

• モデルは、パートン-媒質相互作用に正確な$2\to2$QCD散乱行列要素を用い、eikonal極限を避ける完全な摂動的領域で有効である。
• 放射的エネルギー損失は、大規模対数をコラインアー特異性から再結合するSudakov形式因子に従うSudakov改善パートンシャワーでモデル化される。
• パートンシャワーは、発光確率を異なるスケールで記述する「パートン的pdf」を通じて媒質散乱と結合される。初期発光および二次発光を含む。
• 非アーベル型Landau-Pomeranchuk-Migdal（LPM）効果は、確率的かつ局所的な定式化により組み込まれ、正しい量子干渉を保証する。
• 全段階でエネルギー運動量保存が正確に保持され、全散乱および発光プロセスからの反動も含む。
• モデルはJEWELモンテカルロイベントジェネレータに実装され、Lundストリングモデルによるハドロン化のためにPythiaシャワーと統合されている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ジェットクエンチングは、eikonal近似に依存せずに、完全に摂動的QCDで記述可能か？
• RQ2 媒質誘発$2\to2$散乱とパートンシャワー放射の相互作用が、核反応因子$R_{\text{AA}}$にどのように影響を与えるか？
• RQ3 単純なBjorken媒質モデルに摂動的QCDを組み合わせた場合、RHICおよびLHCにおける$p_{\perp}$依存性およびジェット抑制の強度をどの程度再現できるか？
• RQ4 RHICとLHCで観測される$R_{\text{AA}}(p_{\perp})$の傾きの違いの原因は何か？それは単にハードプロセスの運動量分布の違いによるものか？
• RQ5 非常に高い$p_{\perp}$における$R_{\text{AA}}$の1を超える上昇は、力学的効果に起因するのか、それとも媒質構造に起因するのか？

主な発見

• モデルは、単一のBjorken媒質モデルのみを用いても、RHICおよびLHCにおけるチャージドハドロンの核反応因子$R_{\text{AA}}$を、追加のチューニングなしに成功裏に再現した。
• RHICからLHCへの$R_{\text{AA}}(p_{\perp})$の傾きの変化は、すべての初期ハードプロセス分布の$\sqrt{s}$依存性に起因しており、媒質の性質とは無関係である。
• 非常に大きな$p_{\perp}$において、$R_{\text{AA}}$が1を超えて上昇するのは、力学的効果によるものである：弾性散乱が縦方向運動量を横方向運動量に変換し、スペクトルを硬化させる。
• すべての放射を同じパートンシャワーで取り扱うことで、真空と媒質誘発放射の区別が明確に解消され、弾性・非弾性プロセスを分離する必要がなくなる。
• eikonal近似およびその関連する数値的不確実性がなく、同時に摂動的QCDと正確な4元運動量保存と完全に整合している。
• 非アーベル型LPM効果は、パートンシャワーの確率的定式化を通じて自然に組み込まれ、媒質誘発放射における正しい干渉効果が保証される。