[論文レビュー] Leading order pQCD hadron production and nuclear modification factors at RHIC and the LHC

Ivan Vitev|ArXiv.org|Dec 7, 2002

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 27被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、RHICおよびLHCにおけるp+pおよびA+A衝突における包含的ハドロン生成の先導的順位pQCD解析を提示する。初期状態の複数パートン散乱と最終状態の放射的エネルギー損失を組み込む。√s = 5.5 TeVの中央部Pb+Pb衝突において、強いpT依存性の抑制（R_AA）を予測し、100 GeVでは約2–3、10 GeVでは約10–20に増加する。これは、顕著なジェットクエンチングおよび密度の高いQGP内でのパートンの完全吸収を示唆する。

ABSTRACT

Hadron production in leading order pQCD is reviewed. The shape of the single inclusive particle spectra is well described for $p_T \geq 2-3$ GeV at center of mass energies from 20 GeV to 2 TeV. The phenomenological K-factor is found to decrease systematically with $\sqrt{s}$. For ultra-relativistic heavy ion reactions the calculation is augmented with the effects of initial multiple parton scattering and final state radiative energy loss. Baseline CERN-LHC predictions for hadron production in $p+p$ and suppression in central $Pb+Pb$ reactions at $\sqrt{s} = 5.5$ TeV are given in comparison to the corresponding results at BNL-RHIC and CERN-SPS energies.

研究の動機と目的

• LHCにおけるp+pおよびPb+Pb衝突におけるハドロン生成のベースライン予測を、先導的順位pQCDを用いて提供すること。
• LHCにおける核修正因子R_AAを定量的に評価し、RHICおよびSPSのデータと比較すること。
• 重イオン衝突における初期状態効果（シャドウイング、Cronin効果）と最終状態エネルギー損失の相乗的相互作用を調査すること。
• 複数パートン散乱および放射的エネルギー損失がR_AAのpT依存性をどのように形作るかを評価すること。
• 超相対論的重イオン衝突におけるハドロン抑制パターンを通じたジェットトモグラフィーの可能性を評価すること。

提案手法

• パートオン分布関数（PDFs）、分岐関数（FFs）、および部分子断面積を用いた、因子化された先導的順位pQCD形式を用いる。
• 式(3)の畳み込み公式を適用し、pTおよびyの関数として微分的ハドロン断面積を計算する。
• 式(8)における修正された分岐関数を用いて、核物質内でのグルーオン放射を考慮した最終状態の放射的エネルギー損失を組み込む。
• NLO補正を補償するための現象論的K要因を用いる。これは、√sが増加するにつれて減少することが判明した。
• d+Auおよびp+Pb系における前向きラピディティ（y = +3）での核物質シャドウイングおよびCronin効果といった初期状態効果をモデル化する。
• QGP形成およびエネルギー損失スケールを評価するため、有効グルーオン密度（LHCではρg ≈ 130–275 /fm³）を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCにおける核修正因子R_AAは、RHICと比較してどのように横断運動量pTに依存するか？
• RQ2 √s = 5.5 TeVの中央部Pb+Pb衝突において、最終状態エネルギー損失と初期状態核効果のどちらがハドロン抑制を支配するか？
• RQ3 高エネルギー域におけるR_AAのpT依存性を形作る上で、複数パートン散乱および放射的エネルギー損失が果たす役割は何か？
• RQ4 高pTハドロンにおける観測された抑制パターンは、ジェットクエンチングおよびQGPの性質を明確に探査するための有効なプローブとなるか？
• RQ5 特に前向きラピディティにおいて、RHICとLHCの運動量領域における初期状態効果（シャドウイングおよびCronin効果）の違いは何か？

主な発見

• 現象論的K要因は、中心系エネルギー√sが増加するにつれて体系的に減少し、高エネルギー域ではNLO補正の必要性が低下することを示している。
• 20 GeVから2 TeVのエネルギー範囲で、pT ≥ 2–3 GeVのハドロンスペクトルは、すべてのエネルギーでLO pQCDによって良好に記述できる。
• LHCにおけるR_AAは強いpT依存性を示し、100 GeVでは約2–3、10 GeVでは約10–20に減少する。これは、最終状態エネルギー損失が支配的であることを示唆する。
• √s = 5.5 TeVの中央部Pb+Pb衝突におけるpT ≈ 40 GeVでの予測R_AAは、RHICで観測された因子4–5の抑制と同等であり、高pT域で同程度のクエンチング強度が予想されることを示唆する。
• LHCにおける中央部Pb+Pb衝突では、有効グルーオン密度が130–275 /fm³に達し、QGP形成と整合する極めて高いパートン密度を示している。
• エネルギー損失ΔE ≥ Eを示す領域が予測され、特にLHCエネルギー域ではグルーオンの核物質内での完全吸収が予想される。