[論文レビュー] Joint $R_{AA}$ and $v_2$ predictions for $Pb+Pb$ collisions at the LHC within DREENA-C framework

Dusan Zigic, Igor Salom+3 more|arXiv (Cornell University)|May 9, 2018

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、一定温度・有限サイズのQCD媒体における力学的エネルギー損失形式に基づく、計算的に最適化されたフレームワークDREENA-Cを紹介する。このフレームワークは、LHCにおけるPb+Pb衝突における$R_{AA}$と$v_2$の共同予測を生成することを目的としている。中間体の時間発展を含まないにもかかわらず、実験的$v_2$データとの定性的な良好な一致と$R_{AA}$との良好な一致を達成しており、エネルギー損失形式の根幹が頑健で、将来のQGPトモグラフィーにおける中間体発展の組み込みに有望であることが示唆される。

ABSTRACT

In this paper, we presented our recently developed DREENA-C framework, which is a fully optimized computational suppression procedure based on our state-of-the-art dynamical energy loss formalism in constant temperature finite size QCD medium. With this framework, we for the first time, generated joint $R_{AA}$ and $v_2$ predictions within our dynamical energy loss formalism. The predictions are generated for both light and heavy flavor probes, and different centrality regions in $Pb+Pb$ collisions at the LHC, and compared with the available experimental data. Despite the fact that DREENA-C does not contain medium evolution (to which $v_2$ is largely sensitive) and the fact that other approaches faced difficulties in explaining $v_2$ data, we find that DREENA-C leads to qualitatively good agreement with this data, though quantitatively, the predictions are visibly above the experimental data. Intuitive explanation behind such results is presented, supporting the validity of our model, and it is expected that introduction of evolution in the ongoing improvement of DREENA framework, will lead to better joint agreement with $R_{AA}$ and $v_2$ data, and allow better understanding of the underlying QCD medium.

研究の動機と目的

• LHCにおけるPb+Pb衝突において、力学的エネルギー損失形式を用いて、$R_{AA}$と$v_2$の共同予測を生成する計算的に効率的なフレームワークの開発。
• 中間体発展を含まない最新のエネルギー損失モデルが、$R_{AA}$と$v_2$の両方のデータを同時に記述できるかどうかを検証し、長年の『$v_2$パズル』に取り組む。
• 中間体発展の組み込みを今後の改善のためのベースラインとして確立する。
• 実験的データと照合した予測を通じて、力学的エネルギー損失形式がQGPトモグラフィーの実用的基盤として成立するかどうかを検証する。

提案手法

• DREENA-Cは、有限温度場理論とHTL近似に基づく力学的エネルギー損失形式の完全に最適化された数値実装であり、主要な物理的要因に簡略化を加えない。
• 放射的および衝突的エネルギー損失を両方含み、軽いおよび重いフレーバーに適用可能であり、有限の磁気的質量と走行結合定数も考慮している。
• pQCD畳み込み形式を用いてクエンチドスペクトルを計算する：$\frac{E_f d^3\sigma}{dp_f^3} = \frac{E_i d^3\sigma(Q)}{dp_i^3} \otimes P(E_i \to E_f) \otimes D(Q \to H_Q) \otimes f(H_Q \to e, J/\psi)$。
• モデルは、経路長依存のエネルギー損失を用いて$R_{AA}$と$v_2$を計算し、定常温度近似では$R_{AA} \approx 1 - \xi T L$および$v_2 \approx \frac{1}{2} \frac{\xi T \Delta L}{1 - \xi T L}$となる。
• 予測は、$\sqrt{s_{NN}} = 5.02$ TeVにおけるPb+Pb衝突の複数の中心性チャンネルにおいて、軽いおよび重いフレーバーのプローブに対して生成された。
• 前駆版（MD_PLB）よりも2桁以上高速であるため、パラメータ空間の効率的探索と今後の発展統合が可能である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中間体発展を含まない力学的エネルギー損失モデルが、LHCにおけるPb+Pb衝突で$R_{AA}$と$v_2$の両方のデータを同時に記述できるか。
• RQ2 中間体発展が$v_2$に不可欠であることが知られているにもかかわらず、DREENA-Cモデルがなぜ定性的に良好な$v_2$予測を生成できるのか。
• RQ3 定常温度媒体における力学的エネルギー損失形式が、ジェットクエンチングと異方的流れに必要な本質的物理をどの程度捉えているか。
• RQ4 Bメソンの$v_2$予測は期待値とどのように比較されるか。これにより、温度と経路長の非対称性の役割について何が示唆されるか。
• RQ5 中間体発展を導入した場合、$R_{AA}$と$v_2$データへの共同一致にどのような影響が予想されるか。

主な発見

• DREENA-Cは、$\sqrt{s_{NN}} = 5.02$ TeVにおけるPb+Pb衝突の軽いおよび重いフレーバーのプローブについて、$R_{AA}$と$v_2$の共同予測を生成するが、前駆版MD_PLBと比較して2桁以上高速な計算を実現した。
• 中間体発展を含まないにもかかわらず、軽いおよび重いフレーバーの両方において、中心性領域全体で$R_{AA}$データと良好な定量的一致を示した。
• モデルは$v_2$データと定性的に良好な一致を示したが、特に中央および中間中心性衝突において、予測値が実験測定値よりも定量的に高かった。
• $v_2$性能が良好である直感的な説明は、モデルに内在する経路長およびエネルギー損失の非対称性にあり、時間発展を明示的に含まないにもかかわらず、一部の中間体発展の効果を模倣している。
• 結果から、力学的エネルギー損失形式がジェット-中間体相互作用の本質的物理を捉えていることが示唆され、今後のDREENAにおける中間体発展の組み込みにより、$v_2$予測が実験データにさらに近づくことが期待される。
• このフレームワークは、今後のQGPトモグラフィーの強固なベースラインを提供し、中間体発展の導入により$v_2$データとの一致が著しく向上すると予想される。