[論文レビュー] Nuclear modification of the J/Psi transverse momentum distributions in high energy pA and AA collisions

Dmitri E. Kharzeev, E.M. Levin+1 more|arXiv (Cornell University)|May 7, 2012

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、QCDドライプモデルを用いて、RHICおよびLHCエネルギーにおけるpAおよびAA衝突におけるJ/ψの横運動量スペクトルの核修飾を評価し、初期状態の冷核物質（CNM）効果をαₛ²A¹ᐟ³のすべての次数にわたって再帰的に扱う。CNM効果のみでは、半硬い横運動量領域におけるJ/ψの抑制を説明できないことが判明し、特にLHCエネルギーにおいてCNM抑制が増加する一方で実験的データはより少ない抑制を示すため、その乖離が顕著になる。これは、最終状態効果が顕著に必要であることを示唆している。

ABSTRACT

We evaluate the transverse momentum spectrum of J/Psi (up to semi-hard momenta) in pA and AA collisions taking into account only the initial state effects, but resumming them to all orders in α_s^2 A^{1/3}. In our previous papers we noticed that cold nuclear matter effects alone could not explain the experimental data on rapidity and centrality dependencies of the J/Psi yield in AA collisions indicating the existence of an additional suppression mechanism. Our present calculations indicate that the discrepancy persists and even increases at semi-hard transverse momenta, implying a significant final state effect on J/Psi production in this kinematical domain. The QCD dipole model we employ is only marginally applicable for J/Psi production at mid-rapidity at RHIC energies but its use is justified in the forward rapidity region. At LHC energies we can quantitatively evaluate the magnitude of cold nuclear matter effects in the entire kinematical region of interest. We present our calculations of J/Psi transverse momentum spectra in pA and AA collisions at LHC and RHIC energies.

研究の動機と目的

• 高エネルギーのpAおよびAA衝突におけるJ/ψ生成に及ぼす初期状態の冷核物質（CNM）効果を定量化すること。
• RHICおよびLHCにおける実験で観測されたJ/ψ抑制を、CNM効果のみが説明できるかどうかを評価すること。
• 理論的CNM予測と実験データの横運動量スペクトルを比較することで、最終状態効果の役割を評価すること。
• QCDドライプモデルを、核内における複数のグルーオン交換をすべての次数にわたって再帰的に扱えるように拡張すること。
• 中間ラピディティおよび前方ラピディティ領域における、異なるエネルギーでのドライプモデルの適用可能性を検証すること。

提案手法

• CおよびPパリティの量子数と整合するtチャネルにおける複数グルーオン交換を介したJ/ψ生成を記述するQCDドライプモデルを用いる。
• 核内でのすべての次数の多重相互作用を、飽和スケールQₛを用いて再帰的に扱い、半硬い領域ではスケーリング性 dσ/d²p⊥d²b⊥ ∝ Qₛ⁴/p⊥⁶ を得る。
• pAおよびAA断面積を、pp断面積と核依存性散乱因子の畳み込みとして表現し、CNM効果を分離する。
• 準古典的近似を適用し、低xの進化効果を含めることで、運動量領域全体に一般化された結果を得る。
• 横運動量スペクトルを数値的に計算するために、散乱振幅の体系的モデルを用いる。
• coherence効果を評価するための横方向形式因子𝒫ₗを評価し、硬い球体核モデルを用いて𝒫ₗ(p⊥)の依存性を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 冷核物質効果のみで、RHICおよびLHCエネルギーにおけるpAおよびAA衝突での観測されたJ/ψ抑制を説明できるか？
• RQ2 半硬い運動量領域における核修飾が、エネルギーおよび中心性に応じてどのように進化するか？
• RQ3 QCDドライプモデルは、RHICおよびLHCにおける異なるラピディティ領域でのJ/ψ生成をどの程度正確に記述できるか？
• RQ4 LHCエネルギーにおける初期状態CNM効果の定量的大きさは、RHICと比べてどの程度か？
• RQ5 なぜ、CNM予測と実験データの間の乖離が、半硬い横運動量領域で拡大するのか？

主な発見

• αₛ²A¹ᐟ³のすべての次数にわたって再帰された初期状態CNM効果は、特にLHCエネルギーにおいて、半硬い横運動量領域でのJ/ψの著しい抑制を引き起こす。
• 計算されたCNM抑制は、LHCエネルギーにおいてRHICに比べて増加するが、実験的データはLHCでより少ない抑制を示しており、矛盾が生じる。
• 理論的CNM予測と実験データの乖離は、半硬いp⊥領域で持続し、さらに拡大する。これは、データを説明するためには最終状態効果が強く必要であることを示唆している。
• QCDドライプモデルは、LHCエネルギーにおいて全運動量領域で定量的に適用可能であるが、RHICの中間ラピディティ領域では限界的にしか適用できない。
• 縦方向形式因子𝒫ₗは、高p⊥領域でcoherenceが失われ、幾何的スケーリングが崩れ、硬いダイナミクスに移行することを示している。
• モデルはRHICのdAuデータに対して妥当な一致を予測するが、LHCのAAデータを説明できない。これは、追加の抑制機構の必要性を強調している。