[論文レビュー] Multiplicity dependence of charged-particle intra-jet properties in pp collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV

ALICE Collaboration, Adamova, Dagmar+1065 more|arXiv (Cornell University)|Nov 22, 2023

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、ALICE検出器を用いて √s = 13 TeV の pp 衝突における最初の多重度依存性を持つジェット内性質の測定を報告する。高多重度イベントでは、低-zch 粒子のフラグメンテーションが強化され、高-zch 粒子のフラグメンテーションが抑制されることが明らかになった。特に、低-pT ジェットで半径が大きい場合に顕著であり、QCD モデルや小スケール系における QGP に類似した効果に対する重要な制約を提供する。

ABSTRACT

The first measurement of the multiplicity dependence of intra-jet properties of leading charged-particle jets in proton–proton (pp) collisions is reported. The mean charged-particle multiplicity and jet fragmentation distributions are measured in minimum-bias and high-multiplicity pp collisions at center-of-mass energy $\sqrt{s}$ = 13 TeV using the ALICE detector. Jets are reconstructed from charged particles produced in the midrapidity region ($|\eta | < 0.9$) using the sequential recombination anti-$k_{ extrm{T}}$ algorithm with jet resolution parameters R = 0.2, 0.3, and 0.4 for the transverse momentum ($p_ extrm{T}$) interval 5–110 GeV/c. The high-multiplicity events are selected by the forward V0 scintillator detectors. The mean charged-particle multiplicity inside the leading jet cone rises monotonically with increasing jet $p_ extrm{T}$ in qualitative agreement with previous measurements at lower energies. The distributions of jet fragmentation function variables $z^{ extrm{ch}}$ and $\xi ^{ extrm{ch}}$ are measured for different jet-$p_ extrm{T}$ intervals. Jet-$p_ extrm{T}$ independent fragmentation of leading jets is observed for wider jets except at high- and low-$z^{ extrm{ch}}$ values. The observed “hump-backed plateau” structure in the $\xi ^{ extrm{ch}}$ distribution indicates suppression of low-$p_ extrm{T}$ particles. In high-multiplicity events, an enhancement of the fragmentation probability of low-$z^{ extrm{ch}}$ particles accompanied by a suppression of high-$z^{ extrm{ch}}$ particles is observed compared to minimum-bias events. This behavior becomes more prominent for low-$p_ extrm{T}$ jets with larger jet radius. The results are compared with predictions of QCD-inspired event generators, PYTHIA 8 with Monash 2013 tune and EPOS LHC. It is found that PYTHIA 8 qualitatively reproduces the jet modification in high-multiplicity events except at high jet $p_ extrm{T}$. These measurements provide important constraints to models of jet fragmentation.

研究の動機と目的

• √s = 13 TeV の pp 衝突におけるジェット内の荷電粒子性質の多重度依存性を調査すること。
• ジェットフラグメンテーションおよび多重度分布を通じて、高多重度小スケール系における QGP に類似した効果の可能性を探ること。
• pp 衝突データを用いた重イオン衝突におけるジェットクエンチング研究のベースラインを提供すること。
• PYTHIA 8 や EPOS LHC などの QCD を出発点とするイベントジェネレータの予測を検証すること。

提案手法

• 中間迅速度領域（|η| < 0.9）における荷電粒子は、R = 0.2、0.3、0.4 のアンチ-kT アルゴリズムを用いて再構築した。
• ジェットは pT 範囲 5–110 GeV/c で再構築され、高多重度イベントは前方の V0 シンチレーション検出器を用いて選別した。
• ジェットフラグメンテーション関数は、zch（運動量割合）および ξch（横方向運動量比）の変数を用いて分析した。
• 主なジェット内の平均荷電粒子多重度は、ジェット pT およびイベント多重度の関数として測定した。
• モデルの性能を評価するために、結果を PYTHIA 8（Monash 2013 チューン）および EPOS LHC イベントジェネレータと比較した。
• 統計的および系統的不確実性は、データ駆動型手法およびモンテカルロシミュレーションを用いて評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √s = 13 TeV の pp 衝突において、ジェット内での平均荷電粒子多重度は、ジェット pT およびイベント多重度とどのように関係するか？
• RQ2 イベント多重度が増加するに従って、ジェットフラグメンテーション関数（zch および ξch）はどのように変化するか？
• RQ3 最小バイアスイベントと比較して、高多重度 pp イベントにおけるジェットフラグメンテーションはどの程度変化するか？
• RQ4 観測されたフラグメンテーションの変化は、QGP に類似した効果を示唆しているのか、それとも標準的な QCD 動力学で説明可能か？
• RQ5 PYTHIA 8 および EPOS LHC モデルは、高多重度 pp 衝突における測定されたジェット内性質をどの程度正確に再現しているか？

主な発見

• 主なジェット内での平均荷電粒子多重度は、ジェット pT とともに単調に増加し、低エネルギー測定結果と整合的である。
• ξch 分布に「くびれのあるプラトー」構造が見られ、ジェット内での低-pT 粒子の抑制を示している。
• 高多重度イベントでは、最小バイアスイベントと比較して、低-zch 粒子のフラグメンテーション確率が強化され、高-zch 粒子のフラグメンテーションが抑制されている。
• この変化は、低-pT ジェットおよび広いジェット半径（R = 0.4）で最も顕著であり、広い位相空間領域でより強いミディアムに類似た効果が働く可能性を示唆している。
• PYTHIA 8 に Monash 2013 チューンを適用した場合、高多重度イベントにおけるジェット変化を定性的に再現しているが、高ジェット pT では乖離が生じる。
• これらの結果は、高多重度 pp 衝突におけるジェットフラグメンテーションおよびパートンシャワー進化のモデルに対して強い制約を提供する。