[論文レビュー] Nuclear Reaction Mechanisms and the Cronin Effect

G. G. Barnaföldi, Gábor Papp+2 more|ArXiv.org|Jul 14, 2003

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、SPSからRHICエネルギーレンジのpA衝突におけるπ中間子生成におけるCronin効果を、内在的パートン横運動量（kT）を組み込んだ次-leading order（NLO）pQCD改善パートンモデルを用いて調査している。⟨kT²⟩ ≈ 2 GeV²のkT分布を組み込むことで、pA衝突におけるCroninピークをうまく再現でき、特に中央度依存のdAuデータにおいて、b依存のシャドウイングがR_dAu(b)に明確な構造をもたらす一方、RHICエネルギーレンジでは核のシャドウイング効果が顕著になることが示された。

ABSTRACT

The influence of nuclear multiscattering and shadowing on pion spectra is investigated in $pA$ collisions from CERN SPS to RHIC energies. The calculations are performed in a next-to-leading order (NLO) pQCD-improved parton model, including intrinsic partonic transverse momentum distributions. The nuclear modification of the pion spectra (Cronin effect) is considered at different targets in a wide energy range. Theoretical predictions are displayed for planned $pA$ experiments at CERN SPS and recent $dAu$ experimental results are analysed at RHIC.

研究の動機と目的

• CERN SPSからRHICエネルギーレンジにおけるpA衝突におけるπ中間子生成におけるCronin効果を説明すること。
• 高エネルギー領域における核のマルチスキャッタリングおよびシャドウイングが、π中間子スペクトルに与える影響を調査すること。
• 内在的パートン横運動量（kT）が、ppおよびpA衝突における実験的π中間子スペクトルの再現に与える影響を特定すること。
• 特に中央度に分けたデータにおいて、RHICでのdAu衝突における異なる核のシャドウイングモデル（b非依存型 vs. b依存型）を比較すること。
• 核の修正因子R_dAuが、競合するシャドウイングパラメータライゼーションを中央度依存測定によって区別できるかを検証すること。

提案手法

• 因子化された3次元パートン分布関数（PDF）を用いた次-leading order（NLO）pQCD改善パートンモデルを採用し、ガウス分布g(kT) = (1/π⟨kT²⟩)exp(−kT²/⟨kT²⟩)を介して内在的kTを組み込む。
• 固定スケールの処方を適用：因子化および重規約スケールをQ = κ·pT/zcに設定し、分岐スケールQF = κ·pTとする。κ ≈ O(1)である。
• NLO PDF（MRST(cg)）および分岐関数（KKP）を用い、Q² ≈ 1.25 GeV²まで低pT ≥ 2 GeVにまでアクセス可能である。
• PDF、部分的断面積（dσ̃/dv）、および分岐関数（Dcπ(zc, QF²）の畳み込みによりπ中間子生成断面積を計算する。
• 核効果はマルチスキャッタリング（C·h_pA(b)経由）およびシャドウイング（EKS、更新版HIJINGのb非依存およびb依存モデル）を介して組み込む。
• kT強化PDFを用いたNLO計算を実施し、ppデータおよびSPSおよびRHICでのpAデータと比較する。特に核の修正因子R_pAおよびR_dAuに注目する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NLO pQCDにおける内在的パートン横運動量（kT）の組み込みが、ppおよびpA衝突におけるπ中間子スペクトルの記述に与える影響は何か？
• RQ2 核のマルチスキャッタリングおよびシャドウイングは、異なる標的核およびエネルギーにおけるπ中間子スペクトルにおけるCroninピークの形成にどのような役割を果たすか？
• RQ3 b非依存型とb依存型の異なる核のシャドウイングパラメータライゼーションは、√s = 200 GeVにおけるdAu衝突のR_dAuの中央度依存性にどのように影響を与えるか？
• RQ4 dAu衝突における核の修正因子R_dAuは、特に周辺的および中心的ビンにおいて、競合するシャドウイングモデルを区別できるか？
• RQ5 Croninピークの位置および高さは、内在的kTパラメータ⟨kT²⟩および標的質量数Aにどの程度依存するか？

主な発見

• ⟨kT²⟩ ≈ 2 GeV²の内在的kTを組み込むことで、pA衝突におけるπ中間子スペクトルのCroninピークが、20–200 GeVの中心系エネルギー範囲でうまく再現された。
• SPSエネルギーレンジ（158 AGeV）では、マルチスキャッタリングがシャドウイングを上回り、CroninピークはpT ≈ 4 GeVに現れ、標的質量数Aに伴いピーク高さが増加する。
• RHICエネルギーレンジ（√s = 200 GeV）ではシャドウイング効果が顕著（最大約20％）となり、b依存のシャドウイングはR_dAu(b)に特徴的な構造をもたらす。中心ビンではR_dAu > 1、周辺ビンではR_dAu ≈ 1となる。
• 異なるb依存性を示しても、最小バイアスR_dAuの結果は、b非依存型およびb依存型シャドウイングモデルの間でほぼ同一であり、衝突パラメータの平均化によるものである。
• kT強化PDFを用いた理論的NLO予測は、実験的不確実性の範囲内でPHENIXのdAu最小バイアスπ⁰データを再現し、RHICエネルギーレンジにおけるモデルの妥当性を裏付けた。
• Croninピークの位置は中心系エネルギーに依存しないが、⟨kT²⟩に強く依存し、ピーク高さはマルチスキャッタリング項C·h_pA(b)に比例し、Aに伴い増加する。