[論文レビュー] Measurement of substructure-dependent jet suppression in Pb+Pb collisions at 5.02 TeV with the ATLAS detector

ATLAS Collaboration|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、ATLAS検出器を用いて、√sNN = 5.02 TeV の Pb+Pb 衝突においてジェット抑制を測定し、ソフトドロップアルゴリズムを用いたサブストラクチャーセンシティブなジェットグルーミングにより、最初のハードスプリッティングの角度スケール 𝑟g を探査した。中央衝突において、𝑟g が大きい（広いサブストラクチャを持つ）ジェットは、狭いジェットと比べて2倍の抑制を示した。これは、クォーカー・グルーオン・プラズマにおけるコherーントに基づくジェットクエンチングの直接的証拠を示している。

ABSTRACT

The ATLAS detector at the Large Hadron Collider has been used to measure jet substructure modification and suppression in Pb+Pb collisions at a nucleon-nucleon center-of-mass energy $\sqrt{s_{_\mathrm{NN}}}=5.02~\mathrm{TeV}$ in comparison with $pp$ collisions at $\sqrt{s}=5.02~\mathrm{TeV}$. The Pb+Pb data, collected in 2018, have an integrated luminosity of $1.72~\mathrm{nb^{-1}}$, while the $pp$ data, collected in 2017, have an integrated luminosity of $260~\mathrm{pb}^{-1}$. Jets used in this analysis are clustered using the anti-$k_{t}$ algorithm with a radius parameter $R=0.4$. The jet constituents, defined by both tracking and calorimeter information, are used to determine the angular scale $r_\mathrm{g}$ of the first hard splitting inside the jet by reclustering them using the Cambridge-Aachen algorithm and employing the soft-drop grooming technique. The nuclear modification factor, $R_\mathrm{AA}$, used to characterize jet suppression in Pb+Pb collisions, is presented differentially in $r_\mathrm{g}$, jet transverse momentum, and in intervals of collision centrality. The $R_\mathrm{AA}$ value is observed to depend significantly on jet $r_\mathrm{g}$. Jets produced with the largest measured $r_\mathrm{g}$ are found to be twice as suppressed as those with the smallest $r_\mathrm{g}$ in central Pb+Pb collisions. The $R_\mathrm{AA}$ values do not exhibit a strong variation with jet $p_\mathrm{T}$ in any of the $r_\mathrm{g}$ intervals. The $r_\mathrm{g}$ and $p_\mathrm{T}$ dependence of jet $R_\mathrm{AA}$ is qualitatively consistent with a picture of jet quenching arising from coherence and provides the most direct evidence in support of this approach.

研究の動機と目的

• 重イオン衝突によって生成されるクォーカー・グルーオン・プラズマ（QGP）におけるジェットのサブストラクチャがエネルギー損失に与える影響を調査すること。
• ジェット抑制が、特に最初のハードスプリッティングの角度スケールに依存するかどうかを特定すること。
• 𝑟g、ジェット 𝑝T、および衝突の中央度に応じた微分的抑制を測定することで、ジェットクエンチングのコherーントな図式をテストすること。
• ジェットのサブストラクチャと中間状態のエネルギー損失機構との間の実験的証拠を提供すること。

提案手法

• ジェットは、トラッキングとカリメータ情報の統合を用いて、反-𝑘𝑡 アルゴリズム（𝑅 = 0.4）で再構築された。
• ジェットのサブストラクチャは、成分にソフトドロップグルーミングを適用し、Cambridge–Aachen アルゴリズムを用いて最初のハードスプリッティングの角度スケール 𝑟g を抽出することで探査された。
• Pb+Pb と 𝑝𝑝 衝突における抑制の相対度を測定するため、核修正因子 𝑅AA が 𝑟g、ジェットの横運動量 𝑝T、および衝突の中央度に応じて微分的に計算された。
• 2018年の1.72 nb⁻¹ の Pb+Pb 衝突データと、2017年の260 pb⁻¹ の 𝑝𝑝 衝突データを比較し、媒体誘発効果を分離した。
• 初期状態の放射や非摂動的効果への感受性を最小限に抑えるために、抑制のサブストラクチャ依存性を分離する微分的アプローチが用いられた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 クォーカー・グルーオン・プラズマにおけるジェット抑制は、𝑟g で特徴づけられるジェットのサブストラクチャに依存するか？
• RQ2 ジェットの最初のハードスプリッティングの角度スケールに応じて、抑制係数 𝑅AA はどのように変化するか？
• RQ3 観測された 𝑟g 依存性は、コherーントに基づくジェットクエンチング機構と整合的か？
• RQ4 異なる 𝑟g インターバルにおいて、ジェット横運動量 𝑝T や衝突中央度に応じて抑制は顕著に変化するか？

主な発見

• 中央 Pb+Pb 衝突において、測定された 𝑟g の最大値を示すジェットは、最小値を示すジェットと比べて約2倍の抑制を示した。
• 核修正因子 𝑅AA は 𝑟g に強く依存しており、広く2本のくびれを持つジェットで最大の抑制が観測された。
• どの 𝑟g インターバルにおいても、ジェット横運動量 𝑝T に顕著な変化は観測されず、これは 𝑟g 依存性が抑制パターンを支配していることを示している。
• 観測された 𝑟g および 𝑝T 依存性は、媒体誘発デコherence が広いジェットでエネルギー損失を増幅させるというコherーントな図式と定性的に整合的である。
• 本研究は、サブストラクチャ依存の抑制測定を通じて、QGP におけるエネルギー損失機構とジェットのサブストラクチャを結びつける、最初の直接的実験的証拠を提供している。