[論文レビュー] Forward Physics at STAR: Status of analysis on forward and mid rapidity correlation measurements in p+p and d+Au

A. Ogawa|arXiv (Cornell University)|Aug 5, 2004

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、RHICのSTAR検出器を用いて、√s_{NN} = 200 GeVにおけるp+pおよびd+Au衝突における前方$π^{0}$生成および二ハドロン方位相相関の測定を報告する。p+p衝突における包括的$π^{0}$断面積は次-leading-order pQCDと整合的であるが、d+Auにおける背対の方位相相関の抑制は、グルーオン飽和効果を示唆し、密度の高い核物質における従来のleading-twist pQCDとは異なる挙動を示す可能性を示している。

ABSTRACT

Measurements of the production of high energy pi0 mesons at large pseudorapidity, coincident with charged hadrons at mid-rapidity, for proton+proton and deuteron+gold collisions at sqrt(s)_NN=200 GeV are reported. The p+p cross section for inclusive pi0 production follows expectations from next-to-leading order perturbative QCD. Both the inclusive cross section and the di-hadron azimuthal correlations are consistent with a model where parton showers supplement leading-order pQCD. A suppression of the back-to-back azimuthal correlations was observed in d+Au, qualitatively consistent with the gluon saturation picture.

研究の動機と目的

• 高エネルギーにおける前方$π^{0}$生成を記述する次-leading-order微小QCD（NLO pQCD）の妥当性を検証すること。
• √s_{NN} = 200 GeVにおけるp+p衝突における部分的散乱メカニズムがNLO pQCDおよびパートンシャワー・モデルと整合的であるかを調査すること。
• d+Au衝突における二ハドロン方位相相関の測定を通じて、金核内の核子グルーオン分布を調べること。
• p+pと比較してd+Auで背対の相関が抑制されているかどうかがグルーオン飽和またはカラーレイク・コンデンゲート像と整合的であるかを評価すること。
• 前方粒子生成が核子衝突における低-$x$パートン密度のプローブとして有効であるかを確立すること。

提案手法

• p+p衝突における前方$π^{0}$生成断面積の測定（$η \approx$ 3.3および3.8）を、STAR前方パイオン検出器（FPD）を用いて実施。
• p+pおよびd+Au衝突の両方において、前方$π^{0}$メソン（$\langle\eta\rangle$ = 4.0）と中間ラピディティの荷電ハドロン（$|\eta| < 0.75$, $p_T > 0.5$ GeV）との間の二ハドロン方位相相関を分析。
• CTEQ6Mパートン分布関数と$\mu_R = \mu_F = p_T$スケールを用いたNLO pQCD計算と実験データを比較。
• d+Auおよびp+p相関のモデル化に、HIJING 1.381およびPYTHIA 6.222シミュレーションを用い、検出器効果および核物質シャドウイングを含む。
• エネルギー依存応答および非一様性を補正するため、$\pi^{0} \to \gamma\gamma$崩壊を用いたFPDのキャリブレーション。
• p+pとd+Auとの比較のため、方位相相関分布をガウス関数でフィッティングし、幅（$\sigma$）および統合された生成量（$S$）を抽出。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √s_{NN} = 200 GeVにおけるp+p衝突における包括的$π^{0}$生成断面積は、NLO pQCD予測と整合的か？
• RQ2 高エネルギーにおけるp+p衝突における二ハドロン方位相相関は、パートンシャワーを含む一次近似pQCDの予想に従うか？
• RQ3 p+pと比較してd+Au衝突における背対の二ハドロン方位相相関の抑制は、グルーオン飽和またはカラーレイク・コンデンゲート効果と整合的か？
• RQ4 核物質シャドウイングおよびd+Auにおける多重相互作用が、p+pと比較して方位相相関構造に与える影響はどの程度か？
• RQ5 前方$π^{0}$生成は、金核内の低-$x$グルーオン密度の信頼できるプローブとして機能するか？

主な発見

• p+p衝突における$η \approx$ 3.3および3.8での包括的$π^{0}$断面積は、CTEQ6M PDFと$\mu_R = \mu_F = p_T$を用いたNLO pQCD計算と整合的である。
• p+p衝突における二ハドロン方位相相関は、パートンシャワーを含む一次近似pQCDモデルでよく記述されており、このエネルギー領域で部分的散乱が支配的であることを示唆している。
• d+Au衝突における方位相相関成分（$S$）はp+pと比べて顕著に小さく、$\sigma_{\rm dAu}$は$\sigma_{\rm pp}$よりもはるかに狭いことが示され、背対相関の抑制が示唆されている。
• 観測された抑制は、核物質シャドウイングを含むHIJINGシミュレーションでは再現されないため、従来のモデルがデータを適切に記述できない可能性を示している。
• 予備的なデータでは、HIJINGで予測されたよりも相関幅（$B_{\rm dAu}$）の増加が大きいが、フィッティングされた$\sigma_{\rm dAu}$は物理的に不自然に小さいため、キャリブレーションまたは関数形の問題が示唆されている。
• 結果はグルーオン飽和またはカラーレイク・コンデンゲートの予想と定性的に整合的であるが、明確な結論を得るにはさらなるデータと改良されたキャリブレーションが必要である。