[論文レビュー] Hard-scattering and Jets from RHIC to LHC: a critical review

M. J. Tannenbaum|ArXiv.org|Jul 11, 2007

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 4被引用数 3

ひとこと要約

この批判的レビューでは、RHICからLHCにかけての中重イオン衝突におけるハード散乱のプローブとしてジェットを用いる可能性を検討し、著者は、膨大なバックグラウンドフラクチュエーションのため、単粒子および少数粒子相関がより頑健なプローブであると主張する。著者は、A+A衝突におけるジェット研究が、大きな非ランダムフラクチュエーションのため、ギャンブルに似ていると述べ、RHICの豊富なデータにもかかわらず、ジェットクエンチング、エネルギー損失メカニズム、および媒体効果に関する未解決の問題が残っていると強調する。

ABSTRACT

Jets in hadron collisions are very complicated with a long learning curve replete with errors. In relativistic heavy ion (RHI) collisions, it is likely that jets will be much more complicated with an even longer and more difficult learning curve. Hard scattering is more easily observed via single particle and few particle correlation measurements. The main advantage of jets is higher rate at large $p_T$, plus the possibility of detailed studies of soft fragmentation if the soft fragments can be separated from the background. A critical review of the possibility of using jets as a probe of hard-scattering in RHI collisions is presented along with other probes and measurements which the author considers much more likely to reveal the interesting physics in Pb+Pb collisions at the LHC. Finally, a list of unanswered questions raised by results at RHIC is presented.

研究の動機と目的

• 極めて高い多重度とバックグラウンドフラクチュエーションを伴うA+A衝突におけるジェットがハード散乱をプローブする可能性を評価すること。
• 単粒子および少数粒子相関測定が、中重イオン衝突におけるハード散乱ダイナミクスをプローブするため、ジェット再構成よりも信頼性が高いと主張すること。
• LHCにおける意味のあるジェット物理学が期待できるようになる前に、解明されなければならないRHICデータからの未解決の実験的パズルを特定・列挙すること。
• ジェット検出におけるバックグラウンドフラクチュエーションの優位性と表面バイアスを踏まえ、LHCにおける高pTジェットが媒体効果を明らかにすると仮定することの妥当性を疑問視すること。
• ジェットベースの媒体プローブが信頼できるようになるためには、エネルギー損失メカニズム、フラグメンテーション、およびパートオン-媒体相互作用の理解を深める必要があることを強調すること。

提案手法

• ソフトで熱的のようなスペクトルからのハード散乱寄与を分離するために、p-pおよびA+A衝突における包含的単一ハドロンおよび二粒子相関測定を用いる。
• RHICおよびAGSにおけるAu+Au衝突における横方向エネルギー分布(ET)を分析し、フラクチュエーションを定量化し、ランダムと非ランダム成分を区別する。
• 与えられた立体角における粒子ごとの平均横方向運動量を表す量M_pT = (1/n)ΣpTiを用い、データを混合イベントのランダムベースラインと比較する。
• 中心部のAu+Au衝突における統計的フラクチュエーションからの逸脱を定量化する非ランダムフラクチュエーション指標ΣpT = σ_NR_MpT / ⟨MpT⟩を適用する。
• 部分子分布関数(f_a(x))および微小摂動的QCD(pQCD)形式を用い、式(2)を介してハード散乱断面積をモデル化する。ここで、フラグメンテーション関数D^π0_c(z)を含む。
• 核修正因子R_AAを用いてジェット抑制を評価し、π⁰、直接γ、J/ψの間で比較することで、エネルギー損失メカニズムおよび媒体効果を推察する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 A+A衝突における横方向エネルギー分布の非ランダムフラクチュエーションが、どれほどジェットに類似した構造を模倣するか。また、それらは真のジェットと区別可能か？
• RQ2 π⁰の核修正因子R_AAが3 < pT < 20 GeV/cの範囲で約5の抑制でほぼ一定であるのはなぜか。この抑制はより高いpTで消えるのか？
• RQ3 高pTにおける直接光子とπ⁰のR_AAの類似性は、媒体効果が消失している証拠なのか。それとも、初期状態のパートオン分布関数によるものなのか？
• RQ4 パートオンエネルギー損失の真のメカニズムは連続的か離散的か。また、それはパートオンの経路長や媒体内での生成位置に依存するのか？
• RQ5 バリオン(p±)と軽いハドロン(π±)が、中間pT領域(2–6 GeV/c)で類似したジェットに類似した相関を示すのはなぜか。これはフラグメンテーションモデルの予想に反する。

主な発見

• RHICにおける中心部のAu+Au衝突における非ランダムフラクチュエーションΣpTは約1%であり、ランダムフラクチュエーションからの逸脱は小さいが無視できない。
• RHICおよびAGSにおけるAu+Au衝突の横方向エネルギー分布ETは、正規化された状態でほぼ同一にスケーリングしており、形状が力学的要因ではなく核の幾何学的要因に支配されていることを示している。
• RHICにおける中心部のAu+Au衝突では、ジェットコーン(R=1)内の平均エネルギーは約300 GeVに達し、これはp-p衝突における最大ジェットエネルギー(100 GeV)を上回っている。このため、ジェット検出は可能ではあるが、挑戦的である。
• LHCエネルギー(sqrt(sNN)=5.5 TeV)では、ジェットコーン(R=1)内の平均エネルギーは600–1500 GeVに達し、運動的範囲内にあり、観測可能である可能性がある。
• J/ψの核修正因子R_AAは強い中心性依存性を示し、中心衝突において抑制が増加するが、そのメカニズムは未解明のままである。
• バリオンの異常—Au+Au衝突における2 < pT < 6 GeV/cのp±/π±比の増強—は未解明のままであり、再結合モデルはp±およびπ±トリガー周辺の相関するジェット活動を説明できない。