[論文レビュー] Fluctuations of the transverse energy in Pb+Pb collisions and J/psi suppression

J. Huefner, Boris Kopeliovich+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 1, 2000

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、158 A GeV の Pb+Pb 衝突における高 $E_T$ 時の $J/\psi$ 突然抑制を説明するために用いられる経験的要因 $\epsilon = E_T / \bar{E}_T$ の物理的根拠を導出する。ストリング断片化と迅速度依存確率分布を用いて横運動エネルギーの揺らぎと共移動粒子の相関をモデル化することで、著者らはこの要因が、共移動粒子と $E_T$ を生成するハドロンの間の不完全なクロス・タックに起因して自然に生じることを示した。$\alpha_x \approx 0.82$ は強い相関を示している。導出された形 $\hat{\epsilon}(E_T) = 1 + \alpha_0 \alpha_x (E_T - \bar{E}_T)/\bar{E}_T$ は、大 $E_T$ における観測された抑制の低下を定量的に再現し、便宜的に導入された規定式の妥当性を裏付けた。

ABSTRACT

The observed J/psi suppression in Pb+Pb collisions shows a drop at those large values of the transverse energy E_T which arise from fluctuations. The validity of existing models for J/psi suppression can be extended into this domain of E_T by introducing an ad hoc factor proportional to E_T. We propose a formalism in which the influence of E_T fluctuations on the J/psi suppression can be calculated and discuss the conditions under which the ad hoc factor is obtained.

研究の動機と目的

• 高 $E_T$ の Pb+Pb 衝突における $J/\psi$ 突然抑制を説明するために用いられる便宜的な $E_T$ に依存する要因 $\epsilon = E_T / \bar{E}_T$ の物理的導出を提供すること。
• $pA$ や軽いイオン衝突で観察される標準的な抑制機構とは異なる、大 $E_T$ における $J/\psi$ 突然抑制の低下の原因を解明すること。
• 横運動エネルギー $E_T$ の揺らぎおよび共移動ハドロンと $J/\psi$ を生成するストリングとの間の不完全なクロス・タックが、異常な抑制の強さに与える影響を定量化すること。
• 共移動モデルおよびカットオフモデルにおいて $\epsilon$-要因の妥当性を、迅速度分布や多重度の揺らぎといった物理的パラメータに依存する関係を導出することで評価すること。

提案手法

• クォーク分布関数を仮定し、$f_i(x_i) \sim x_i^{-1/2}$ とすることで、低 $x$ クォークに対して $w_i(y_i) \propto e^{-y_i/2}$ が得られるとするストリング断片化の確率分布をモデル化する。
• ステップ関数を用いてストリングの重なりを表現することで、共移動粒子と $E_T$ を生成するハドロンの同時確率と共移動粒子の周辺確率の比としてクロス・タック係数 $\alpha_x(y_\psi, y_{E_T})$ を定義する。
• 平均迅速度 $y_\psi = 3.5$ および $y_{E_T} = 1.65$ における $\alpha_x$ を計算し、$\alpha_x = 0.82$ が得られ、共移動粒子と $E_T$ を生成する粒子との間に強い相関があることを示した。
• $\alpha_0$ が多重度の揺らぎを表すように、$\epsilon$-要因を $\hat{\epsilon}(E_T) = 1 + \alpha_0 \alpha_x (E_T - \bar{E}_T)/\bar{E}_T$ に修正し、揺らぎ効果を抑制モデルに組み込む。
• 修正された $\hat{\epsilon}$ を $J/\psi$ 突然抑制のカットオフモデルに適用し、$n_p$ を $\hat{\epsilon} \cdot n_p$ に置き換えた。$E_T > 100$ GeV の NA50 データと予測を比較する。
• 導出された $\hat{\epsilon}$ を用いて、抑制に対する揺らぎ強度の感度を評価し、$\alpha = 0.4$、$0.8$、$1.0$ の各場合を実験データと照合する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ Pb+Pb 衝突における高 $E_T$ 時に $J/\psi$ 突然抑制が低下するのか、低 $E_T$ 時には平坦であるのにもかかわらず？
• RQ2 モデルでこの抑制低下を記述するために用いられる経験的要因 $\epsilon = E_T / \bar{E}_T$ の背後にある物理的メカニズムは何か？
• RQ3 $E_T$ の揺らぎおよび共移動ハドロンと $E_T$ を生成する粒子との相関が、$J/\psi$ 突然抑制にどのように影響するか？
• RQ4 共移動粒子と $E_T$ を生成するストリングとの間の不完全なクロス・タックが、$\epsilon$-要因の強さにどの程度影響を及ぼすか？
• RQ5 ストリング断片化と迅速度依存確率分布を用いて、便宜的に導入された $\epsilon$-要因を第一原理から導出できるか？

主な発見

• 共移動ハドロンと $E_T$ を生成するハドロンとのクロス・タック係数 $\alpha_x$ は、平均迅速度 $y_\psi = 3.5$ および $y_{E_T} = 1.65$ において $\alpha_x = 0.82$ と計算され、強い相関が示された。
• 便宜的に用いられる $\epsilon = E_T / \bar{E}_T$ 要因の物理的根拠を提供する形で、導出された要因 $\hat{\epsilon}(E_T) = 1 + \alpha_0 \alpha_x (E_T - \bar{E}_T)/\bar{E}_T$ が得られた。
• モデルにおける $\alpha = 0.8$（すなわち $\alpha_0 \alpha_x$）は NA50 データと整合的であるが、$\alpha = 0.4$ は除外され、揺らぎの影響が顕著であることが示された。
• $\hat{\epsilon}$ を用いた揺らぎ効果の組み込みにより、$E_T > 100$ GeV における $J/\psi$ 突然抑制の観測された低下が成功裏に説明され、標準的な $pA$ や軽いイオン衝突の抑制とは異なる異常なメカニズムが裏付けられた。
• $\epsilon$-要因は、ストリングの迅速度分布、多重度の揺らぎ、および不完全なクロス・タックの相乗作用に起因しており、単に $E_T$ に比例するものではないことが導出された。
• この結果により、カットオフモデルにおける $\epsilon$-要因の使用が正当化され、抑制の強さはクロス・タック係数と多重度揺らぎパラメータの積によって支配されることを示した。