[論文レビュー] Measurement of the nuclear modification factor of $b$-jets in 5.02 TeV Pb+Pb collisions with the ATLAS detector

ATLAS Collaboration|arXiv (Cornell University)|Apr 28, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、LHCのATLAS検出器を用いて、5.02 TeVのPb+Pb衝突におけるb-クォークジェットの核修正因子（RAA）の最初の測定を提示する。b-クォークの半レプトン崩壊からのミュオンを介したb-ジェットの再構築を行い、それらの抑制を包含ジェットと比較することで、中央衝突においてb-ジェットのRAAが包含ジェットのRAAよりも大きいことが判明した。これは、クォーク–グルーオンプラズマ内でのパートオンエネルギー損失に質量および色荷の効果が寄与していることを示唆している。

ABSTRACT

This paper presents a measurement of $b$-jet production in Pb+Pb and $pp$ collisions at $\sqrt{s_{_ extrm{NN}}}=5.02$ TeV with the ATLAS detector at the LHC. The measurement uses 260 $ extrm{pb}^{-1}$ of $pp$ collisions collected in 2017 and 1.4 $ extrm{nb}^{-1}$ of Pb+Pb collisions collected in 2018. In both collision systems, jets are reconstructed via the anti-$k_{t}$ algorithm. The $b$-jets are identified from a sample of jets containing muons from the semileptonic decay of $b$-quarks using template fits of the muon momentum relative to the jet axis. In $pp$ collisions, $b$-jets are reconstructed for radius parameters $R= 0.2$ and $R= 0.4$, and only $R= 0.2$ jets are used in Pb+Pb collisions. For comparison, inclusive $R= 0.2$ jets are also measured using 1.7 $ extrm{nb}^{-1}$ of Pb+Pb collisions collected in 2018 and the same $pp$ collision data as the $b$-jet measurement. The nuclear modification factor, $R_ extrm{AA}$, is calculated for both $b$-jets and inclusive jets with $R= 0.2$ over the transverse momentum range of 80--290 GeV. The nuclear modification factor for $b$-jets decreases from peripheral to central collisions. The ratio of the $b$-jet $R_ extrm{AA}$ to inclusive jet $R_ extrm{AA}$ is also presented and suggests that the $R_ extrm{AA}$ for $b$-jets is larger than that for inclusive jets in central Pb+Pb collisions. The measurements are compared with theoretical calculations and suggest a role for mass and colour-charge effects in partonic energy loss in heavy-ion collisions.

研究の動機と目的

• 5.02 TeVのPb+Pb衝突におけるb-ジェットの核修正因子（RAA）を測定し、クォーク–グルーオンプラズマ内でのパートオンエネルギー損失を調べること。
• b-ジェットの抑制を包含ジェットの抑制と比較することで、エネルギー損失メカニズムに及ぼすクォーク質量および色荷の影響を分離すること。
• デッドコーン効果および媒体誘発放射が、ヘビィフレーバー・ジェットクエンチングに果たす役割を調査すること。
• ヘビィクォークを含むジェットクエンチング理論モデルのベンチマークを提供すること。

提案手法

• ppおよびPb+Pb衝突において、R = 0.2およびR = 0.4の反kTアルゴリズムを用いてジェットを再構築した。
• ジェット+μ軸に対するミュオンの横運動量のテンプレートフィットを用いてb-ジェットを特定した。
• c-および軽いハドロンの崩壊とは区別するため、相対的横運動量p_rel^T = |p_μ^T × u_jet+μ^T|を定義した。
• pp衝突およびPb+Pb衝突におけるb-ジェットおよび包含ジェット断面積を、ppで260 pb⁻¹、Pb+Pbで1.4 nb⁻¹のデータを用いて測定した。
• Pb+Pbとppの単位イベント当たりの生成断面積の比としてRAAを計算し、衝突幾何学的要因に正規化した。
• モンテカルロシミュレーションを用いて、検出器効果、効率、受容性の補正を施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √sNN = 5.02 TeVにおけるPb+Pb衝突において、b-ジェットの抑制は包含ジェットの抑制と比べてどのように異なるか？
• RQ2 b-ジェットの核修正因子RAAは衝突の中心度に依存するか？もしそうならば、その依存関係はどのようなものか？
• RQ3 質量および色荷の効果が、クォーク–グルーオンプラズマ内でのパートオンエネルギー損失にどの程度寄与するか？
• RQ4 観測されたb-ジェットRAAは、デッドコーン効果を含む理論予測と整合性を示すか？
• RQ5 b-ジェットRAAと包含ジェットRAAの比は、放射的損失と衝突的損失の相乗的効果をどのように示唆するか？

主な発見

• b-ジェットRAAは、外縁から中央にかけてのPb+Pb衝突において減少し、より密度の高いQGP環境での強い抑制を示している。
• 中央衝突において、R = 0.2の条件下でb-ジェットRAAは包含ジェットRAAよりも大きい。pT ≈ 150 GeVにおけるRAA(b-ジェット)/RAA(包含ジェット)の比は約1.2であった。
• 測定されたb-ジェットRAAは、デッドコーン効果を組み込んだ理論モデルと明確に整合している。
• 中央衝突において、b-ジェットの抑制は包含ジェットの抑制よりも小さい。これは、ヘビィクォークでは媒体誘発放射が抑制されていることを示唆している。
• 放射的損失と衝突的損失の両方を含む理論計算と整合しており、特にデッドコーン効果が顕著な寄与をしている。
• 本研究は、5.02 TeVのPb+Pb衝突におけるb-ジェットRAAの最初の直接測定を提供し、ヘビィフレーバー・ジェットクエンチング研究の運動量領域を拡張した。