[論文レビュー] Nuclear modification of forward $J/\psi$ production in proton-nucleus collisions at the LHC

B. Ducloué, T. Lappi+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 16, 2015

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 16被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、LHCにおける陽子-核子衝突における前方J/ψ生成を、核子幾何の精密な取り扱いを伴うGlauberアプローチを用いた色ガラスコンデンエート（CGC）フレームワークで再評価する。HERAデータにフィットした最新のドロイプ断面積を用い、核子に対しては衝突パrameter依存の飽和スケールを介して拡張することで、著しくLHCデータに近いRpAの核子修正因子を達成したが、低横運動量領域ではわずかな低予測が残存する。

ABSTRACT

We re-evaluate the nuclear suppression of forward $J/\psi$ production at high energy in the Color Glass Condensate framework. We use the collinear approximation for the projectile proton probed at large $x$ and an up to date dipole cross section fitted to HERA data to describe the target in proton-proton collisions. We show that using the Glauber approach to generalize the proton dipole cross section to the case of a nucleus target leads to a nuclear modification factor much closer to LHC data than previous estimates using the same framework.

研究の動機と目的

• LHCにおけるp-A衝突における前方J/ψ生成の核子修正因子RpAの理論的予測を改善すること。
• 長年の問題であった、初期のCGC計算とLHCデータとの間の乖離、特に核子抑制の過大予測を是正すること。
• 核子幾何がCGCフレームワーク内でのドロイプ断面積に与える影響、特に希薄-稠密（ハイブリッド）極限における影響を調査すること。
• プロトンのドロイプ断面積を核子にGlauberアプローチで拡張することで、過去のCGC研究で見られた抑制の過大予測を是正できるかを検証すること。

提案手法

• 射出陽子に対して共線近似を用い、標準的な部分子分布関数（PDF）を用いて希薄状態として扱う。
• c¯c対のハドロン化をJ/ψメソンに記述するため、ウィリスライン相関関数を用いた色蒸発モデル（CEM）を適用する。
• 稠密な標的核子との中間相互作用を、随伴表現および基本表現におけるウィリスライン相関関数を用いて記述する。
• HERAのDISデータにフィットしたプロトンのドロイプ断面積を、Woods-Saxon核密度分布を用いたGlauberアプローチにより核子に拡張する。
• 核子の場合に衝突パラメータを明示的に統合し、過去の研究で用いられた単純な面積平均とは異にする。
• MVeパラメータ化を用いてドロイプS行列を記述し、HERAデータに固定されたパラメータを用いることで、正値性と物理的整合性を保証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Glauberに基づく核子幾何の取り扱いが、前方J/ψ生成におけるRpAのCGC予測とLHCデータとの一致を顕著に改善するか？
• RQ2 核子内での空間的変動する飽和スケールを組み込むことで、プロトンの飽和スケールを一様にスケーリングした場合と比較して、予測される核子抑制にどのような影響を与えるか？
• RQ3 charm クォーク質量および因子化スケールの不確実性が、改善されたCGCフレームワーク内でのRpA予測にどの程度の影響を与えるか？
• RQ4 なぜ過去のCGC計算ではp-A衝突におけるJ/ψの抑制が過大予測されたのか？これは核子幾何の仮定に起因するものか？
• RQ5 Glauberアプローチによる核子へのドロイプ断面積の拡張において、正値性および物理的挙動が保持されるか？

主な発見

• Glauberに基づくドロイプ断面積の核子への拡張により、RpAの核子修正因子は、過去のCGC計算と比較してLHC測定値に著しく近づいた。
• ALICEおよびLHCbデータとの一致が向上し、特に急速度依存性において良好な一致を示したが、低横運動量領域ではわずかな低予測が残存する。
• RpAの不確実性は小さく、主にp-pおよびp-A断面積間の正規化不確実性の相殺に起因する。
• Woods-Saxon密度分布に基づく、物理的に妥当な衝突パラメータ依存のドロイプS行列を核子に用いることで、核子幾何効果の記述が改善された。
• 結果から、過去の過大予測は、CGCフレームワーク自体の欠陥ではなく、核子幾何の簡素化された取り扱いに起因していることが示された。
• LHCエネルギー領域では、初期状態のドロイプS行列の正確な形態に依存する影響が弱く、初期条件の変化に対しても結果のロバスト性が示された。