[論文レビュー] Origins of the di-jet asymmetry in heavy ion collisions

José Guilherme Milhano, Korinna Zapp|arXiv (Cornell University)|Dec 26, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 22被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、Jewelモンテカルロイベントジェネレータを用いて、重イオン衝突における二ジェット非対称性の起源を調査し、運動量の不均衡が主に真空に類似したフラグメンテーションの揺らぎと媒体誘発放射に起因することを示した。経路長の違いによるものではない。主な発見は、初期の一部粒子の質量対横運動量比がエネルギー損失と非対称性を支配しており、ジェット遮断における経路長効果に関する仮定に疑問を呈するものである。

ABSTRACT

The di-jet asymmetry --- the measure of the momentum imbalance in a di-jet system --- is a key jet quenching observable. Using the event generator \jewel we show that the di-jet asymmetry is dominated by fluctuations both in proton-proton and in heavy ion collisions. We discuss how in proton-proton collisions the asymmetry is generated through recoil and out-of-cone radiation. In heavy ion collisions two additional sources contribute to the asymmetry, namely energy loss fluctuations and differences in path length. The latter is shown to be a sub-leading effect. We discuss the implications of our results for the interpretation of this observable.

研究の動機と目的

• 重イオン衝突における二ジェット非対称性を駆動する支配的物理機構を特定すること。特に、経路長の違いと揺らぎ駆動効果の区別を行うこと。
• 二ジェット系における運動量不均衡の主因が、経路長の違いであるという一般的な仮定に疑問を呈すること。
• 真空に類似した一部粒子シャワーの揺らぎが、媒体が存在しない状況でも非対称性を生成する役割を評価すること。
• 媒体誘発放射およびエネルギー損失の揺らぎが、p+p衝突と比較してPb+Pb衝突で観測される非対称性の増幅に果たす役割を評価すること。
• 非対称性の依存関係を、イントラインのジェット進化と媒体相互作用に分離することで、ジェット遮断観測量を解釈するためのフレームワークを提供すること。

提案手法

• p+pおよび重イオン衝突におけるジェット生成と進化を、動的で摂動的フレームワークを用いて、Jewelモンテカルロイベントジェネレータでシミュレーションした。
• 一部粒子シャワーと媒体誘発放射を一貫して実装し、有限の形成時間と整合的なLPM効果に従う放射を制御した。
• 標準的な非対称性定義 $ A_J = \frac{p_{\perp,1} - p_{\perp,2}}{p_{\perp,1} + p_{\perp,2}} $ を用いて、横運動量不均衡を分析することで、二ジェットペアの進化を追跡した。
• 初期の質量非対称性と経路長差の二つをビニング解析で分離し、最終的な非対称性への寄与を特定した。
• p+pとPb+Pb衝突の結果を比較することで、真空に類似した揺らぎと媒体関連効果を分離した。
• ジャーブエネルギー分解能のスメアリングを適用し、CMSの中央部Pb+Pb衝突における二ジェット非対称性データと照合して結果を妥当化した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 経路長の違いが、重イオン衝突における二ジェット非対称性にどの程度寄与しているか？
• RQ2 一部粒子シャワーにおける真空に類似したフラグメンテーションの揺らぎが、最終的な二ジェット運動量不均衡にどのように影響を与えるか？
• RQ3 媒体誘発放射およびエネルギー損失の揺らぎが、p+p衝突と比較してPb+Pb衝突で非対称性をどのように増幅させているか？
• RQ4 一部粒子の初期質量対横運動量比が、最終的なエネルギー損失と非対称性にどのように影響を与えるか？
• RQ5 ジェット遮断観測量が、媒体の幾何構造に依存するのみでなく、インラインのジェット構造にどの程度依存しているか？

主な発見

• リーディングジェットとサブリーディングジェット間の経路長差は、二ジェット非対称性を生じさせる主な要因ではなく、一般的な仮定とは逆に、二次的効果であることが判明した。
• 重イオン衝突における二ジェット非対称性の増幅は、主に真空に類似したフラグメンテーションの揺らぎと媒体誘発放射の組合せ効果に起因している。
• 初期質量非対称性が増加するにつれて、p+pおよびPb+Pb衝突の両方で最終的な二ジェット非対称性が増加する。これは、真空に類似したフラグメンテーションパターンが不均衡の主要因であることを示している。
• エネルギー損失は、初期の一部粒子の質量対横運動量比に強く相関しており、初期 $p_\perp$ にほとんど依存しない。
• 異なる媒体背景（ヒドロダイナミクスモデルを含む）においても結果が安定しており、発見は特定の媒体モデルに依存するのではなく、一般のジェット進化ダイナミクスに起因していることを示している。
• 本研究は、真空フラグメンテーションの現実的モデリングが、ジェット遮断観測量の正確な解釈に不可欠であると示唆している。なぜなら、この段階の揺らぎが非対称性を支配しているからである。