[論文レビュー] Mach cones and dijets - jet quenching and fireball expansion dynamics

Thorsten Renk|ArXiv.org|Aug 31, 2006

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、重イオン衝突における二粒子角度相関を説明する統一的流体力学的・衝撃波モデルを提案する。低側面運動量 $p_T$ ではエネルギー損失を伴う部分素粒子が生成するマッハ円錐衝撃波が支配的であり、高 $p_T$ では高運動量部分素粒子のパンチスラッグ（穿過）が支配的である。モデルは、横方向および縦方向の膨張ダイナミクスがデータを再現するために不可欠であることを示しており、二ジェット相関は $R_{AA}$ が明らかにできない範囲で、物質の流れと密度プロファイルをプローブする手段を提供する。

ABSTRACT

The energy loss of a hard parton is regarded as a useful tool to probe properties of a soft medium. However, the information obtained by a measurement of the nuclear suppression R_AA is not very sensitive to medium properties. Thus, more differential observables are needed. Here we focus on the pattern of angular correlation of hadrons associated with a hard trigger. These show rich pattern when going from low p_T to high p_T associate momentum. At low p_T, the pattern of associate hadrons can be understood in terms of Mach shocks excited by the energy lost from the away side parton while the parton itself is absorbed by the medium. At high p_T, fluid dynamics is not applicable any more and the correlations become dominated by the punchtrough of the away side parton with subsequent fragmentation. We present an analysis of these phenomena taking into account the full expansion dynamics of soft matter and show how both transverse and longitudinal expansion play a crucial role in understanding the data.

研究の動機と目的

• 物質の性質に敏感でない $R_{AA}$ の限界を克服し、より微分的な観測量を同定すること。
• ハードトリガーと関連するハドロンの角度相関が、ジェットクエンチングおよび物質ダイナミクスに関する情報をどのように明らかにするかを調査すること。
• $p_T$ に応じて、ソフト（衝撃波支配）とハード（断片化／パンチスラッグ支配）のメカニズムがどのように二粒子相関に現れるかを区別すること。
• 横方向および縦方向の完全な膨張ダイナミクスが、相関パターンの正確なモデリングに不可欠であることを示すこと。
• $R_{AA}$ を超えてジェットトモグラフィーの道筋を提供するため、二粒子相関を用いて物質の密度および流れのプロファイルをプローブすること。

提案手法

• 経路積分されたクエンチングパワーを用いた BDMPS の放射エネルギー損失形式を用いてエネルギー損失をモデル化する。
• パラメータ化された流体力学的モデルと準粒子状態方程式を用いて、物質の進化をシミュレートし、音速 $c_s$ を計算する。
• エネルギーおよび運動量損失がマッハ衝撃波を励起し、分散関係 $E = c_s^2 p$ を満たし、マッハ角 $\phi = \arccos c_s$ で進行することを扱う。
• 時間の離散化により、エネルギーおよび運動量の損失の時間的進化を追跡し、衝撃波の伝播および角度分布を追跡する。
• 真空におけるハード断片化とソフト衝撃波寄与を組み合わせて、全二粒子相関を計算する。
• 部分素粒子生成およびエネルギー損失のモンテカルロサンプリングを用いて、トリガーおよび関連するハドロンの生成断面積をシミュレートする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 エネルギー損失を伴う部分素粒子が生成するマッハ円錐衝撃波は、低側面運動量 $p_T$ における二粒子角度相関にどのように寄与するか？
• RQ2 物質の横方向および縦方向の膨張は、関連するハドロンの角度パターンをどのように修正するか？
• RQ3 $p_T$ が増加するに従い、ソフト（衝撃波支配）からハード（パンチスラッグ支配）へのメカニズムの遷移はどのように進行するか？
• RQ4 二粒子相関は、$R_{AA}$ を超えて物質の密度および流れのプロファイルをどの程度制約できるか？
• RQ5 高 $p_T$ 時に、離反側相関が広がり続けながら強度が減少する理由は何か？この現象は、流体力学的モデルと pQCD モデルをどのように区別するか？

主な発見

• 低 $p_T$ におけるマッハ円錐パターンは、エネルギー損失および衝撃波励起に起因し、角度的位置は物質の音速 $c_s$ によって決定される。
• 高 $p_T$ 時に、離反側部分素粒子のパンチスラッグが支配的であり、8 GeV 以上のトリガー $p_T$ では STAR のデータを良好に再現するが、4–6 GeV のエネルギー領域では若干のずれを示す。
• モデルは、$R_{AA}$ のコア寄与が顕著であることを示しており、完全な膨張ダイナミクスの影響により、従来の表面偏向仮定とは矛盾する。
• 逆方向二粒子相関がプローブする空間的領域は物質の中心にピークを持ち、モデルの詳細に依存するため、密度プロファイルの推定に有効である。
• 高 $p_T$ 時にマッハ円錐の片側が見えなくなる現象は、流れと衝撃波のずれによるものであり、低 $p_T$ では回復可能な特徴である。
• 高 $p_T$ 時に、強度が減少するにもかかわらず離反側相関が広がり続けることは、pQCD発光シナリオよりも流体力学的起源を支持する証拠である。