[論文レビュー] Hard scattering cross sections at LHC in the Glauber approach: from pp to pA and AA collisions

D. d’Enterria|ArXiv.org|Feb 14, 2003

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 40

ひとこと要約

本論文は、LHCエネルギーにおけるp+PbおよびPb+Pb衝突におけるハード散乱断面積を予測するために、Glauber多重散乱モデルを適用し、pp衝突に対する不変出yieldのスケーリング則を導出する。核効果が存在しない場合、ハード過程の出yieldは、pAではAに比例し、AAではABに比例して増加することが示され、Pb+Pb衝突の√sNN = 5.5 TeVおよびp+Pb衝突の8.8 TeVにおける核厚さ関数のモンテカルロシミュレーションを用いて、明示的な数値推定値が得られている。

ABSTRACT

The scaling rules of the invariant yields and cross sections for hard scattering processes in proton-nucleus ($pA$) and nucleus-nucleus ($AB$) reactions at LHC energies relative to those of nucleon-nucleon $NN$ (isospin averaged $pp$) collisions are reviewed within the Glauber geometrical formalism. The number of binary inelastic collisions for different centrality classes in p+Pb and Pb+Pb collisions at $\sqrt{s_{NN}}$ = 8.8 TeV and 5.5 TeV respectively, as obtained from a Glauber Monte Carlo, are also given.

研究の動機と目的

• Glauber形式を用いて、pp衝突に対するpAおよびAA衝突におけるハード散乱断面積のスケーリング則を導出すること。
• 非一様な二体NN衝突の仮定に基づき、p+PbおよびPb+Pb衝突におけるハードプローブ出yieldの予想される増加を定量化すること。
• LHCエネルギーにおけるp+PbおよびPb+Pb衝突の平均核厚さ関数および非弾性NN衝突数の数値推定値を提供すること。
• 実験データとGlauberモデルを比較するためのベースラインを確立し、シャドウイングやエネルギー損失などの核効果によるずれを特定すること。

提案手法

• eikonal Glauberモデルを用いて、核厚さ関数TA(b)および重なり関数TAB(b)を介して全非弾性断面積を計算する。
• Glauber式の一次近似を適用し、pA衝突では∫d²b σNN^hard · T_A(b)、AA衝突では∫d²b σNN^hard · TAB(b)としてハード散乱断面積を導出する。
• 核密度にWoods-Saxonパラメータ化を適用し、R_A = 1.19·A^{1/3} - 1.61·A^{-1/3} fmおよび表面厚さa = 0.54 fmを用い、∫d²b TA(b) = Aに正規化する。
• √sNN = 8.8 TeVおよび5.5 TeVにおけるp+PbおよびPb+Pb衝突について、重心系エネルギーに応じた核厚さ関数および非弾性NN衝突数をモンテカルロシミュレーションで計算する。
• ⟨T_A,AB⟩および⟨N_coll⟩を主要要因として用い、中央度ビンにおける不変出yield、断面積、イベントレートのスケーリング関係を導出する。
• 理論的予測と実験観測を比較し、Cronin効果や抑制といったGlauber非適合効果を示すずれを強調する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Glauberモデルのもとで、pAおよびAA衝突におけるハード散乱断面積は、系サイズAおよびABに対してどのようにスケーリングするか？
• RQ2 核媒体効果がないと仮定した場合、LHCエネルギーにおけるp+PbおよびPb+Pb衝突における最小バイアスのハードプローブ出yieldはどの程度か？
• RQ3 p+PbおよびPb+Pb衝突における異なる中央度クラスにおいて、平均核厚さ関数⟨T_Pb⟩および⟨T_PbPb⟩はどのように比較されるか？
• RQ4 高pT粒子生成に関する実験データは、Glauberモデルが予測するA^1およびA^2スケーリングからどの程度ずれているか？
• RQ5 初期状態および最終状態の核効果は、ハード過程出yieldの単純なGlauberスケーリングをどのように修正するか？

主な発見

• 最小バイアスのp+Pb衝突におけるハード散乱断面積はAに比例し、(σ_pA^hard)_MB ≈ A · σ_NN^hardとなる。
• √sNN = 5.5 TeVにおけるPb+Pb衝突では、平均核厚さ関数は⟨T_Pb⟩_MB ≈ 0.96 fm⁻²であり、幾何断面積はσ_pPb^geo ≈ 2162 mbに相当する。
• √sNN = 8.8 TeVにおけるp+Pb衝突では、核効果がないと仮定した場合、ハードプローブの不変出yieldはpp衝突と比較して約7.4倍高いと予想される。
• 最小バイアスのp+Pb衝突における非弾性NN衝突数は、Glauberモンテカルロシミュレーションに基づき⟨N_coll⟩ ≈ 10.4と推定される。
• 核効果がない場合、モデルはpAで∝ A^1、AAで∝ A^2のスケーリングを予測するが、実験データではα ≠ 1であることが示され、初期状態または最終状態の効果によるずれが示唆される。
• 実験データにおけるA^1およびA^2スケーリングからのずれ—例えばα > 1（Cronin効果）やα < 1（抑制）—は、非一様Glauberモデルが捉えていない核媒体効果の存在を示している。