[論文レビュー] Kinematic biases on centrality selection of jet events in pPb collisions at the LHC

N. Armesto, D. Gulhan+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 10, 2015

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 8被引用数 11

ひとこと要約

本稿では、pPb衝突におけるハードジェットとアンダーライニングイベント間のエネルギー運動量保存に基づく運動論的バイアスモデルを提案し、陽子エネルギー制約が中央度選択に顕著に影響することを示している。PYTHIAによるジジェット事象と、陽子のパートン運動量分率に比例してスケーリングされたHIJINGによるアンダーライニング事象を組み合わせることで、中央度から準中央度の衝突においてCMSおよびATLASのジェット抑制データを再現した。これは、運動論的効果そのものが観測された中央度依存性の大部分を説明できることを示しており、外縁部の衝突では陽子エネルギー制約が支配的になるため、モデルが失敗する。

ABSTRACT

Centrality selection has been observed to have a large effect on jet observables in pPb collisions at the Large Hadron Collider, stronger than that predicted by the nuclear modification of parton densities. We study to which extent simple considerations of energy-momentum conservation between the hard process and the underlying event affect jets observables in such collisions. We develop a simplistic approach that considers first the production of jets in a pp collision as described by PYTHIA. From each pp collision, the value of the energy of the parton from the proton participating in the hard scattering is extracted. Then, the underlying event is generated simulating a pPb collision through HIJING, but with the energy of the proton decreased according to the value extracted in the previous step, and both collisions are superimposed. This model is able to capture the bulk of the centrality effect for central to semicentral collisions, for the two available sets of data: dijets from the CMS Collaboration and single jets from the ATLAS Collaboration. As expected, the model fails for peripheral collisions where very few nucleons from Pb participate.

研究の動機と目的

• ハードジェットとアンダーライニングイベント間のエネルギー運動量保存に起因する運動論的制約が、pPb衝突におけるジェット観測量の強い中央度依存性を説明できるかどうかを調査すること。
• ジェット抑制（R_{pPb}）の観察された中央度効果が、核子のパートン密度の変更ではなく単純な運動論的バイアスに起因するかどうかを評価すること。
• 特に衝突パラメータとイベント活性度の影響を考慮して、非対称なpPb系における中央度選択の妥当性を検証すること。
• ジェット観測量の中央度依存性を形作る上で陽子エネルギー制約が果たす役割を分離する最小限のモデルを構築すること。
• より複雑な核子ダイナミクスに起因する効果を帰属する前に、pPb衝突におけるジェットデータを解釈するためのベースラインを提供すること。

提案手法

• √s = 5.02 TeVでPYTHIAを用いてジジェットまたはシングルジェット事象を生成し、ハード散乱に関与する陽子のパートン運動量分率（x_p）を抽出する。
• 最小偏向pPb事象をHIJINGでシミュレートするが、ハード過程とエネルギー運動量を保存するように、陽子ビームエネルギーを（1−x_p）× E_pにスケーリングする。
• 共通のフレームワークでPYTHIAのハード事象とスケーリング済みのHIJINGのアンダーライニング事象を重ね合わせ、完全なイベントを構築する。
• 結合されたイベントにおけるジェット抑制比R_{pPb}を計算し、CMS（ジジェット）およびATLAS（シングルジェット）の実験データと比較する。
• 実験の定義に一致させるために、Pb方向（−4.9 < η < −3.2）における全横方向エネルギーに基づいて中央度選択を適用する。
• 中央度クラス全体にわたるモデルの性能を評価し、特に中央度から準中央度の衝突におけるデータとの一致度に注目する。外縁部ではモデルが失敗する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 陽子にかかるエネルギー運動量保存の制約のみが、pPb衝突におけるジェット抑制の観察された中央度依存性をどの程度説明できるか。
• RQ2 パートン運動量分率に基づく単純な運動論的モデルが、CMSおよびATLASのジェットデータで観測された大部分の中央度効果を再現できるか。
• RQ3 なぜモデルは外縁部pPb衝突で失敗するのか。これはPbエネルギー制約の役割に何を示唆するか。
• RQ4 陽子エネルギー制約の組み込みが、非対称衝突における中央度選択の解釈にどのように影響するか。
• RQ5 ジェット観測量の観察された中央度依存性のうち、運動論的バイアスに起因する割合はどの程度か。核子パートン密度効果に起因するものより。

主な発見

• モデルは、中央度から準中央度のpPb衝突において、CMSのジジェットおよびATLASのシングルジェットデータのジェット抑制（R_{pPb}）の中央度依存性を成功裏に再現した。
• 特に中央部の力学的迅速度領域（中央部の力学的迅速度領域）において、0–10%および20–30%の中央度クラスでデータと強い一致を示した。
• 外縁部衝突（例：60–90%）では、予想通りモデルが失敗した。これはPbエネルギー制約が顕著になり、モデルで考慮されていないためである。
• ジェット観測量の観察された中央度依存性は、主に陽子の運動論的制約に起因しており、核子パートン密度の変更によるものではない。
• モデルは、より複雑な核子ダイナミクスに起因すると帰属する前に、単純なエネルギー運動量保存効果を考慮する必要があることを示している。
• 結果は、非対称衝突において、標的および標的系の両方の制約を含む改善されたモデルの必要性を強調している。