[論文レビュー] Measurements of jet quenching using semi-inclusive hadron+jet distributions in $pp$ and central Pb-Pb collisions at $\sqrt{s_{NN}}$ =5.02 TeV

Acharya, Shreyasi, Adamova, Dagmar+1061 more|arXiv (Cornell University)|Aug 30, 2023

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 2

ひとこと要約

本論文は、データ駆動型バックグラウンド補正法を用いて、√sNN = 5.02 TeV の pp および中心的 Pb–Pb 衝突において、高横運動量の荷電ハドロンから反動する半包含的荷電粒子ジェット分布の最初の正確な測定を提示する。主な結果は、R = 0.2–0.5 の範囲で、pT,ch jet ≈ 10 GeV/c まで、ジェットクエンチング効果（例えば、媒体誘発エネルギー損失およびジェット内での広がり）を直接的に探査可能な、頑健な反動ジェットyieldの抽出である。

ABSTRACT

The ALICE Collaboration reports measurements of the semi-inclusive distribution of charged-particle jets recoiling from a high transverse momentum (high $p_T$) charged hadron, in pp and central Pb-Pb collisions at center-of-mass energy per nucleon–nucleon collision $\sqrt{s_{NN}}$ =5.02 TeV. The large uncorrelated background in central Pb-Pb collisions is corrected using a data-driven statistical approach which enables precise measurement of recoil jet distributions over a broad range in $p_T,_{chjet}$ and jet resolution parameter $R$. Recoil jet yields are reported for $R$= 0.2, 0.4, and 0.5 in the range $7 $<$p_T,_{chjet}$ <$140$ GeV/$c$ and $π/2$<$Δφ$<$π$, where $Δφ$ is the azimuthal angular separation between hadron trigger and recoil jet. The low-$p_T,_{chjet}$ reach of the measurement explores unique phase space for studying jet quenching, the interaction of jets with the quark–gluon plasma generated in high-energy nuclear collisions. Comparison of $p_T,_{chjet}$ distributions from $pp$ and central Pb-Pb collisions probes medium-induced jet energy loss and intra-jet broadening, while comparison of their acoplanarity distributions explores in-medium jet scattering and medium response. The measurements are compared to theoretical calculations incorporating jet quenching.

研究の動機と目的

• √sNN = 5.02 TeV の pp および中心的 Pb–Pb 衝突において、高pTの荷電ハドロンから反動する半包含的ジェット分布を測定すること。
• 中心的 Pb–Pb 衝突における大きな相関のないバックグラウンドの課題を、データ駆動型統計的バックグラウンド補正法によって克服すること。
• pT,ch jet ≈ 10 GeV/c まで、利用可能なジェット横運動量範囲を拡張し、低pTジェットクエンチング物理学への新たなアクセスを可能にすること。
• pp および Pb–Pb 間の pT,ch jet および ∆ϕ 分布の比較を通じて、媒体誘発ジェットエネルギー損失、ジェット内での広がり、および媒体内でのジェット散乱を探査すること。
• クォーク–グルーオンプラズマにおけるジェットクエンチング理論的モデルのベンチマークとして、高精度な測定を提供すること。

提案手法

• 中心的 Pb–Pb 衝突における大きな相関のないバックグラウンドに対処するため、データ駆動型統計的手法が用いられ、正確なジェット再構築が可能になった。
• トリガーハドロンを高pTに保ち、反動ジェットを反対半球（π/2 < ∆ϕ < π）に再構築することで、半包含的 h+jet 分布が測定された。
• 反応断面積パラメータ R = 0.2, 0.4, 0.5 を用いたアンチ-kT アルゴリズムを用いて、広い pT,ch jet 範囲（7 < pT,ch jet < 140 GeV/c）でジェット再構築が行われた。
• 非トリガーリージョンにおけるジェット分布に基づく、イベントごとの統計的モデリングを用いたバックグラウンド差し引きが実施された。
• この手法により、システム的制御が確保され、モデル依存性が最小限に抑えられ、pp および Pb–Pb データ間の信頼できる比較が可能になった。
• 観測された分布を解釈するために、ジェットクエンチング効果を組み込んだ理論的計算が用いられた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 R と pT,ch jet の異なる値において、Pb–Pb 衝突における反動ジェットyieldは、pp 衝突と比べてどのように異なるか？
• RQ2 ジェットクエンチングは、クォーク–グルーオンプラズマ内での反動ジェットの抑制および広がりとして、どの程度顕在化するか？
• RQ3 pp および Pb–Pb 衝突におけるトリガーレコイルジェットペアの方位角非同一面性分布（∆ϕ）はどのように異なり、それらは媒体内での複数回散乱について何を明らかにするか？
• RQ4 低pT,ch jet（10 GeV/c まで）における反動ジェットyieldは、媒体誘発エネルギー損失およびジェット内での広がりに対してどの程度感度を示すか？
• RQ5 ジェットクエンチング効果を組み込んだ理論的モデルは、中心的 Pb–Pb 衝突における観測された半包含的 h+jet 分布をどの程度よく再現するか？

主な発見

• 中心的 Pb–Pb 衝突において、pT,ch jet ≈ 10 GeV/c まで、反動ジェットyieldが高精度で測定され、ジェットクエンチング研究のためのアクセス可能な位相空間が拡張された。
• Pb–Pb における測定された反動ジェット分布は、すべての R 値（0.2, 0.4, 0.5）で pp に対して顕著に抑制されており、強い媒体誘発エネルギー損失を示している。
• yield抑制の R 依存性は、媒体誘発ジェット内広がりの明確なシグネチャを示しており、R が大きいほど抑制が強い。
• Pb–Pb における非同一面性分布（∆ϕ）は、pp と比較して広がりが増加しており、パートオンの媒体内複数回散乱を示している。
• データは、ジェットクエンチング効果を含む理論的計算と整合しており、媒体の輸送パラメータ ˆq に対する制約が得られた。
• データ駆動型バックグラウンド補正法により、高密度の重イオン環境における頑健でモデルに依存しないジェット測定が可能になった。