[論文レビュー] Fluctuations and the rapidity dependence of charged particles spectra in fixed centrality bins in p$A$ collisions

Larry McLerran, Michał Praszałowicz|arXiv (Cornell University)|Jul 21, 2015

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、LHCにおけるp$A$衝突におけるラピディティに依存する荷電粒子スペクトルを、色ガラスコンデンゲート（CGC）非線形進化方程式に由来する分布を用いた、陽子の飽和運動量の揺らぎによって説明することを提案している。この揺らぎのある飽和運動量モデルは、ATLASおよびALICEのデータと非常に良好に一致しており、特に中ラピディティ領域で顕著である。これは、陽子および核の飽和スケールが揺らぎを示し、観測可能な多重度の変動を引き起こすことを示唆している。

ABSTRACT

We argue that large fluctuations in the saturation momentum are necessary to explain the ATLAS and ALICE data on pA collisions measured at the LHC. Using a form for the distribution of fluctuations motivated by theoretical studies of the non-linear evolution equations for the Color Glass Condensate, we find a remarkably good agreement between theory and the measured distributions. If the saturation momentum fluctuates, we argue that the cross section for a proton probe should also fluctuate, consistent with previous observations. Finally we discuss these results and their possible consistency with what is known about multiplicity fluctuations in such collisions, and attempts to describe the ridge effect from properties of the initial state.

研究の動機と目的

• LHCにおけるp$A$衝突の荷電粒子スペクトルに関する理論的モデルと実験的データの不一致を解消すること。
• 陽子の飽和運動量の揺らぎが、固定中心性領域における粒子多重度の観測されたラピディティ依存性を説明できるかどうかを調査すること。
• 陽子の断面積がその飽和スケールの揺らぎによって変動するという仮説を検証し、CGCに基づくモデルと整合的であることを確認すること。
• p$A$衝突における測定可能な多重度分布への飽和スケールの揺らぎを結びつける現象論的枠組みを提供すること。

提案手法

• 陽子の飽和運動量$Q_s$が揺らぎを示すものと仮定し、$\sigma \propto \ln^2(Q_s^2 / \Lambda^2)$により、陽子の断面積にも揺らぎが生じるとする。
• 非線形CGC進化方程式と統計力学の類似性に基づいた、$\ln Q_s^2$の揺らぎの分布を用いる。
• 揺らぎのある飽和運動量を用いて、p$A$衝突における荷電粒子のラピディティ分布を計算するが、幾何的スケーリングと中ラピディティ支配を仮定する。
• 得られた粒子スペクトルを、固定中心性領域におけるATLASおよびALICEのデータと比較し、特に$2 < \eta < 2.7$に注目する。
• 平均多重度が負の二項分布（NBD）に従うモデルを導入し、グラスマに基づくモデルと整合的である。
• 大ラピディティ抑制および局所的核構造効果を無視し、中ラピディティ領域の信頼性に焦点を当てる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 陽子の飽和運動量の揺らぎは、LHCにおけるp$A$衝突で観測されたラピディティに依存する荷電粒子スペクトルを説明できるか？
• RQ2 飽和スケールの揺らぎは、p$A$衝突における断面積および多重度分布にどのように影響するか？
• RQ3 観測されたデータは、揺らぎのある$Q_s$モデルと整合的であり、標準的なCGCモデルや傷つけられた核子モデルを上回る性能を示すか？
• RQ4 このような揺らぎのエネルギー依存性およびラピディティ行動は何か？幾何的スケーリングにどのように影響するか？
• RQ5 観測された多重度の揺らぎは、陽子のグルーオン密度およびジェット生成確率の変動と関連づけることができるか？

主な発見

• 揺らぎのある陽子の飽和運動量を用いたモデルは、固定中心性領域におけるATLASおよびALICEの荷電粒子スペクトルデータと顕著に良好に一致している。
• 揺らぎ分布の$\ln Q_s^2$における幅は非常に大きく、最近の解析の1.5倍以上に達しており、陽子の飽和スケールに顕著な変動が存在することを示唆している。
• $Q_s$の揺らぎは、それに応じた陽子の断面積の揺らぎを引き起こし、ATLASの中心性解析で用いられるGlauber-Gribovアプローチと整合的である。
• このモデルは、特に中ラピディティ領域（$2 < \eta < 2.7$）における多重度のラピディティ依存性をうまく説明できており、ここでは大きな揺らぎが好まれる。
• この結果は、深く不均一な散乱における拡散的スケーリングの欠如と整合的であり、揺らぎは主にラピディティに依存しない。
• このモデルは、陽子のグルーオン密度が多重度に応じて変化することを示唆しており、高多重度イベントは陽子内の高密度領域を調べることを意味する。