[論文レビュー] Jet Fragmentation and Jet Shapes in JEWEL and Q-PYTHIA

M. van Leeuwen|arXiv (Cornell University)|Nov 19, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、クォーカー・グルーオン・プラズマにおける媒体誘発的パートオンエネルギー損失を理解するために、JEWELおよびQ-PYTHIAのイベントジェネレータにおけるジェット断片化およびジェット形状の変更を比較する。反-kTジェット再構成およびバックグラウンド補正技術を用いて、JEWELは強いイン・コーン強調とアウト・オブ・コーンの枯渇を示すが、Q-PYTHIAは広がりが大きく、エネルギーが低い断片化を予測する。両モデルともLHCデータと比較して変更を過大評価しており、現在の媒体修正シャワー・モデルにおいて、ジェットレート抑制とイン・コーン構造の保存の間で矛盾が生じている可能性を示唆している。

ABSTRACT

A study of several observables characterising fragment distributions of medium-modified parton showers using the JEWEL and Q-PYTHIA models is presented, with emphasis on the relation between the different observables.

研究の動機と目的

• √sNN = 2.76 TeVにおけるPb–Pb衝突における実験的ジェット観測量を、JEWELおよびQ-PYTHIAにおける媒体修正付きパートオンシャワーがいかに再現するかを調査すること。
• ジェットレート抑制（R_AA < 1）とジェットコーン内での断片分布への修正との関係を検討すること。
• ジェット形状変数（グリス、pT分散、ジェット質量）が媒体効果およびバックグラウンド補正手法にどのように反応するかを評価すること。
• 実験では強いレート抑制が観測される一方でイン・コーン構造の変化は小さいことから、現在のモデルがイン・コーンおよびアウト・オブ・コーン放射のバランスを正しく捉えているかどうかを検証すること。

提案手法

• PYTHIA初期状態に基づき、RHICおよびLHCにおけるチャージド粒子のR_AAを再現するように調整された、媒体修正付きパートオンシャワーを用いたJEWELおよびQ-PYTHIAによるイベント生成。
• Fastjetを用いた反-kTアルゴリズムによるジェット再構成。ジェットスペクトルおよび断片分布の解析には、R = 0.2–0.4およびpT > 100 GeV/cを用いる。
• Fastjetを用いた中央値ベースの方法およびストリップおよび90°のコーンを用いた補正により、媒体寄与を差し引くためのバックグラウンド補正。
• 基礎的および構成要素の差分法を用いて、ジェット形状変数の背後にあるイベントフラクチュエーションを補正する。
• チャージド粒子のみのトラッキングと全ジェットエネルギー（チャージド＋ニュートラル）の差を補正するため、径方向運動量フロー分布を正規化して1に統一する。
• CMSのデータを用いて検証するため、Pb–Pbとpp衝突における断片分布、径方向プロファイル、ジェット形状の比較。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 JEWELおよびQ-PYTHIAは、分解能パラメータRの関数として、ジェットR_AAをどのように予測するか？
• RQ2 両モデルは、強いジェットレート抑制が観測される中で、イン・コーン断片分布へのわずかな変更をどの程度再現できるか？
• RQ3 2つのモデルにおけるジェット形状変数（グリス、pT分散、ジェット質量）は、媒体効果に対してどのように反応するか。また、エネルギー損失のフラクチュエーションに関する情報を何を明らかにするか？
• RQ4 なぜ両モデルとも、実験データと比較して断片化関数の広がりとエネルギーの低下を過大評価するのか？
• RQ5 観測されたイン・コーンおよびアウト・オブ・コーン放射の間の矛盾は、媒体修正シャワー・モデルの一般的な特徴であるか？

主な発見

• JEWELでは、R < 0.2の範囲でRが増加するに従いR_AAが急激に減少し、その後はゆっくり減少するが、Q-PYTHIAではRが増加するにつれてR_AAが単調に増加するため、エネルギー損失のメカニズムが異なることが示唆される。
• JEWELでは、チャージド粒子のR_AAのpT依存性（pTとともに増加）を再現するが、Q-PYTHIAではR_AAがほぼpTに依存せず、実験データと一致しない。
• JEWELの径方向運動量フロー分布では、ジェット軸付近（r < 0.05）で強い強調と、より大きなrでの枯渇が観測されるが、Q-PYTHIAでは分布が上昇する傾向を示し、アウト・オブ・コーン放射パターンが異なることが示される。
• 反動がない場合、JEWELではr = 0.3まで一貫した枯渇が見られるが、反動があると、反動したハドロンの寄与によりプロファイルが上昇する。これは実験的バックグラウンド寄与と整合的である。
• JEWELでは、rが小さい範囲でハードニングと狭小化が観測され、r > 0.1では広がりとエネルギー低下が生じるが、Q-PYTHIAでは全範囲でエネルギー低下と広がりが見られるため、断片化行動が著しく異なる。
• JEWELのジェット形状変数では、媒体効果によりグリス（狭小化）が減少し、pT分散（縦方向の広がり）が増加する。ジェット質量は反動がない場合に減少し、反動があると増加する。これはエネルギー損失およびバックグラウンドへの感受性を示している。