[論文レビュー] Jet Reconstruction in Heavy Ion Collisions

S. Salur|ArXiv.org|May 12, 2009

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、RHICにおける中央部Au+Au重イオン衝突において、背景除去を施した高度な逐次再結合（kT、Cambridge/Aachen）およびコーンベース（LOHSC）アルゴリズムを用いて、初めて完全に再構成されたジェットの直接的再構成を報告する。この研究では、Au+Au衝突における包含的ジェットスペクトルが、二体核子-核子衝突数（NBin）に比例してスケーリングされたp+pスペクトルと一致することを示しており、強いジェットクエンチング効果が存在する中でも偏りのないジェット再構成が可能であることを示している。

ABSTRACT

Measurements of strong suppression of inclusive hadron distributions and di-hadron correlations at high $p_{T}$, while providing evidence for partonic energy loss, also suffer from geometric biases due to the competition of energy loss and fragmentation. The measurements of fully reconstructed jets is expected to lack these biases as the energy flow is measured independently of the fragmentation details. In this article, we review the recent results from the heavy ion collisions collected by the STAR experiment at RHIC on direct jet reconstruction utilizing the modern sequential recombination and cone jet reconstruction algorithms together with their background subtraction techniques. In order to assess the jet reconstruction biases a comparison with the jet cross section measurement in $\sqrt{s}=200$ GeV p+p collisions scaled by the number of binary nucleon-nucleon collisions to account for nuclear geometric effects is performed. Comparison of the inclusive jet cross section obtained in central Au+Au events with that in $p+p$ collisions, published previously by STAR, suggests that unbiased jet reconstruction in the complex heavy ion environment indeed may be possible.

研究の動機と目的

• 強力なジェットクエンチング効果が存在する重イオン衝突の複雑な環境において、通常のハドロンスペクトルからの間接的測定がフラグメンテーションやエネルギー損失によって偏るのを避けるための偏りのないジェット再構成を達成すること。
• 現代のジェット再構成アルゴリズム（逐次再結合：kT、CAMB、コーンベース：LOHSC）が、高密度・高背景の重イオンイベントにおいていかに性能を発揮するかを評価すること。
• Au+Au衝突におけるジェットスペクトルが、二体衝突数（NBin）に比例するかをテストし、フラグメンテーションや媒体効果とは独立した偏りのない再構成の兆候を明らかにすること。
• ジェットエネルギー回復における再構成のしきい値およびフラグメンテーションモデルの誤差が、システムティック不確かさに与える影響を評価すること。
• 将来のジェットクエンチング、媒体誘発放射、および高温高密度物質におけるQCD進化の研究の基盤を築くこと。

提案手法

• STAR実験の全カバレッジBEMCおよびTPCを用いて、Au+Auおよびp+p衝突における荷電粒子および中性エネルギー寄与からジェットを再構成する。
• FastJetフレームワークに内蔵された逐次再結合アルゴリズム（kT、CAMB）およびシード付きコーンアルゴリズム（LOHSC、SISCone）を用いてジェット再構成を行う。
• LHCのジェット解析にインspiredされた背景除去技術を適用し、重イオン背景における真のジェットを、背景イベントおよび積み重ね効果から分離する。
• 幾何的効果を補正するため、中央部Au+Au衝突における包含的ジェットスペクトルをp+p衝突のスペクトルにNBinでスケーリングした結果と比較する。
• 効率、到達率、エネルギー分解能を補正するため、フラグメンテーションモデル（PYTHIA）を用いる。pT^cutの異なるしきい値を用いた感度テストも実施する。
• 複数のアルゴリズムおよびしきい値カットを用いた比較により、再構成バイアスおよびシステムティック不確かさを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 強いジェットクエンチングが存在する中で、中央部Au+Au衝突における完全に再構成されたジェットが、幾何的要因やフラグメンテーションバイアスなしに測定可能か？
• RQ2 Au+Au衝突における包含的ジェットスペクトルが、p+p衝突に対してNBinに比例する程度はどの程度か？これは、エネルギー回復がフラグメンテーションや媒体効果とは独立しているという証拠である。
• RQ3 kT、CAMB、LOHSCといった異なるジェット再構成アルゴリズムおよびしきい値カットが、観測されるジェット生成率やスペクトル形状に与える影響は？
• RQ4 フラグメンテーションモデルの仮定が、ジェット断面積正規化におけるシステムティック不確かさに与える影響は？
• RQ5 ジェット形状およびジェット内エネルギー分布の測定は、媒体の修正およびQCDダイナミクスに関するさらなる洞察を提供できるか？

主な発見

• 中央部Au+Au衝突における包含的ジェットスペクトルは、kT、CAMB、LOHSCといった複数の再構成アルゴリズムにおいて、NBinスケーリングされたp+pスペクトルと良好に一致しており、再構成バイアスが最小限であることが示唆される。
• この一致は、p+p正規化の50%以内のシステムティック不確かさの範囲内に保たれており、ジェットエネルギーがフラグメンテーションや媒体効果とは独立して回復されていることを示している。
• pT^cutのしきい値を高くすると、Au+Auとスケーリングされたp+pスペクトルの一致が劣化し、現在のフラグメンテーションモデルでは完全に補正できない再構成バイアスが導入されていることが示唆される。
• これらの結果から、強いジェットクエンチングが存在する中でも、偏りのないジェット再構成が可能であることが示され、現代のジェットアルゴリズムおよび背景除去技術の有効性が裏付けられる。
• 観測された一貫性は、完全なジェット再構成が、高温QCD物質における部分子エネルギー損失および媒体の性質を直接的に探査するための有効なプローブであることを支持する。
• 将来的には、ジェット形状、ジェット-ジェット相関、ハドロン-ジェット相関の研究が、ジェットクエンチングおよび媒体応答のダイナミクスをさらに制約するものと期待される。