[論文レビュー] High-pT hadrons from nuclear collisions: Unifying pQCD with hydrodynamics

J. Nemchik, Iu.A. Karpenko+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 13, 2013

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、摂動的QCD（pQCD）と流体力学的モデルを統合し、核子衝突における高-$p_T$ハドロン生成を説明する。短距離（$l_p$）におけるエネルギー保存型の色ダイポール形成が、色透明性を引き起こし、先導ハドロンが物質の減衰を生き残れることを提案する。このモデルは、LHCおよびRHICエネルギーの全$p_T$範囲で$R_{AA}$と$v_2$を1つの輸送係数（$q_0$）でうまく再現する。

ABSTRACT

Hadrons inclusively produced with large pT in high-energy collisions originate from the jets, whose initial virtuality and energy are of the same order, what leads to an extremely intensive gluon radiation and dissipation of energy at the early stage of hadronization. Besides, these jets have a peculiar structure: the main fraction of the jet energy is carried by a single leading hadron, so such jets are very rare. The constraints imposed by energy conservation enforce an early color neutralization and a cease of gluon radiation. The produced colorless dipole does not dissipate energy anymore and is evolving to form the hadron wave function. The small and medium pT region is dominated by the hydrodynamic mechanisms of hadron production from the created hot medium. The abrupt transition between the hydrodynamic and perturbative QCD mechanisms causes distinct minima in the pT dependence of the suppression factor R_{AA} and of the azimuthal asymmetry v2. Combination of these mechanisms allows to describe the data through the full range of pT at different collision energies and centralities.

研究の動機と目的

• 核子衝突における$R_{AA}$と$v_2$の低$p_T$および高$p_T$領域での異なる挙動を統一的に説明すること。
• 流体力学的およびpQCD支配のハドロン生成メカニズムの間の急激な遷移を説明すること。
• 一貫したフレームワークを用いて、全$p_T$範囲における包含的高-$p_T$ハドロン抑制および方位的非対称性を記述すること。
• 輸送係数$q_0$を用いて、色透明性およびダイポールの生存が密度の高い物質中で果たす役割を検証すること。

提案手法

• エネルギー保存型pQCD進化とSudakov抑制を用いて、短距離（$l_p$）における色なしダイポール（事ハドロン）の生成をモデル化する。
• 経路積分技法を用いて、物質内でのダイポール減衰を計算し、小型サイズのダイポールにおける色透明性を組み込む。
• ダイポール断面積と輸送係数$q_0$を関連付け、観測可能なハドロン抑制を物質密度と結びつける。
• pQCDに基づくダイポール生存と、クォーカン・グルーオンプラズマからの流体力学的ハドロン蒸発を統合したハイブリッドモデルを構築する。
• 複数の衝突エネルギーと中央度において、$R_{AA}$と$v_2$データに適合させるために、$q_0$のみを調整する。
• 高-$p_T$ジェットにおけるFock状態励起やエネルギー分配の矛盾といった初期状態効果を含む。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ$R_{AA}$と$v_2$は重イオン衝突において中間$p_T$で異なる最小値を示すのか？
• RQ2 同じモデルが低$p_T$の流体力学的ハドロン生成と高$p_T$のpQCDジェット断片化をどのように同時に説明できるのか？
• RQ3 高密度核物質中を通過する高-$p_T$ハドロンの生存を可能にする色透明性の役割は何か？
• RQ4 1つの輸送係数$q_0$が、異なるエネルギーおよび中央度において$R_{AA}$と$v_2$を同時に記述できるか？
• RQ5 初期状態相互作用は、RHICおよびLHCエネルギーにおける$R_{AA}$の$p_T$依存性にどのように影響するか？

主な発見

• モデルは、$\sqrt{s}\to=2.76\,\text{TeV}$および$200\,\text{GeV}$における全$p_T$範囲で$R_{AA}(p_T)$と$v_2(p_T)$を、1つの$q_0$値でうまく再現する。
• $\sqrt{s} = 2.76\,\text{TeV}$では$q_0 = 2\,\text{GeV}^2/\text{fm}$、$\sqrt{s} = 200\,\text{GeV}$では$q_0 = 1.6\,\text{GeV}^2/\text{fm}$であり、pQCDおよび流体力学的成分の両方で一貫している。
• 流体力学的およびpQCDメカニズムの間の急激な遷移が、同じ$p_T$値で$R_{AA}(p_T)$と$v_2(p_T)$の異なる最小値を生じさせる。
• pQCDメカニズムのみで$v_2(p_T)$が再現可能であり、さらに調整なしにデータと整合していることが確認された。
• モデルは、$p_T \gtrsim 100\,\text{GeV}$で$R_{AA}$の低下を予測しており、LHCデータの傾向と整合している。
• Fock状態励起などの初期状態効果が、RHICデータにおける高$p_T$領域での$R_{AA}$の平坦化を説明できる。