[論文レビュー] PHENIX results on direct photon - hadron correlations

Huijun Ge|arXiv (Cornell University)|Mar 28, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、√s = 200 GeV の Au+Au および d+Au 衝突における直接光子-ハドロン相関を用いて、クォーク-グルーオンプラズマ内のパートンエネルギー損失を調査する。トリガーとなった光子の周囲に生成されるハドロンの単位トリガー当たりyield を p+p と比較することで、低ξ（高zT）では抑制、高ξ（低zT）では増幅が観測され、エネルギー再分配の主因がジェット駆動の媒体反応であることが示唆される。d+Au では顕著な修正が認められず、冷核物質効果は有意でないことが一致する。

ABSTRACT

Direct photon-hadron correlations are a golden channel to study parton in-medium energy loss in QGP. The modification of the effective fragmentation function for the away-side jet can be measured by comparing integrated away-side yields of direct photon-hadron pairs in heavy ion collisions to those in p+p. We measured per-trigger-yield of associated hadrons in Au+Au collisions and observed that there is a suppression compared to p+p for higher momentum fraction ($z_T$) hadrons. This can be explained by the opacity of the hot medium: energetic partons from the initial hard scattering lose energy while traversing it. A yield enhancement on the other hand has been found at low $z_T$ (high $ξ$). Medium response is likely to be responsible for the enhanced production of these lower momentum particles. The same measurement is done in d+Au collisions and the result suggests that no modification to the fragmentation function is observed, given the current uncertainties.

研究の動機と目的

• 直接光子-ハドロン相関を清浄なプローブとして用いて、クォーク-グルーオンプラズマ内でのパートンの媒体内エネルギー損失を調査すること。
• 失われたジェットエネルギーがすべて低運動量粒子に再分配されるか、それとも媒体内で熱平衡化するかを特定すること。
• d+Au を p+p および Au+Au データと比較することで、冷核物質効果をテストすること。
• 微分測定を用いて、トリガー光子の横方向運動量依存性を考慮した断片化関数の修正を調べること。
• IAA の ξ（ln zT）依存性を分析することで、エネルギー損失と媒体反応のメカニズムを区別すること。

提案手法

• √s = 200 GeV の Au+Au、d+Au、p+p 衝突において、直接光子をトリガーとして用い、関連ハドロンの単位トリガー当たりyield（PTY）を測定する。
• p+p および d+Au ではゼロyield・ミニマム（ZYAM）法によるバックグラウンド補正を適用し、Au+Au ではアズィムス的非対称性を補正するためのv2フロー補正を実施する。
• イベントミキシングを用いて検出器の受容域補正を行い、ハドロン効率補正を適用する。
• 統計的手法に基づく手順（Rγ = 累積的光子と崩壊光子の比）を用いて崩壊光子のバックグラウンドを差し引く。モンテカルロシミュレーションによる妥当性確認を実施。
• zT = pTh/pTγ と定義される ξ = ln(zT) を用いて、低運動量粒子の増幅を強調する有効断片化関数を定義する。
• IAA = YAA / Ypp および IdA = YdA / Ypp を計算し、媒体の修正を定量的に評価し、冷核物質効果の有無をテストする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高pTの直接光子に反応するジェットの断片化関数は、p+p と比較して Au+Au で抑制されるか、増幅されるか？
• RQ2 高ξ（低zT）での観測された増幅は、ジェット駆動の媒体反応によるものか、それとも失われたエネルギーの熱平衡化によるものか？
• RQ3 IAA における抑制から増幅への遷移は、固定されたξで発生するのか、それともトリガー光子のpTに依存するのか？
• RQ4 d+Au 衝突におけるIdAが1から逸脱していることから、冷核物質効果が存在するか？
• RQ5 増幅の大きさは、ジェットエネルギー（トリガーpT）およびアウェイサイド統合範囲にどのように依存するか？

主な発見

• Au+Au において低ξ（高zT）では、p+p と比較して関連ハドロンyieldが抑制され、媒体内エネルギー損失が示唆される。
• 特にソフトジェット（5–7 GeV/c のトリガーpT）に対して、高ξ（低zT）で顕著な増幅が観測され、エネルギー再分配の主因が媒体反応であることが示唆される。
• トリガーpTが増加するにつれて、IAA の抑制から増幅への遷移がより高いξにシフトするため、増幅が固定されたξに依存するのではなく、ジェットエネルギーに依存することが示された。
• IdA は誤差範囲内で1と一致しており、d+Au における顕著な修正がないことが示され、初期状態のエネルギー損失が支配的メカニズムでないことが裏付けられた。
• 増幅は、全アウェイサイド（π/2）統合範囲で最も顕著であり、低運動量の一部素粒子がより多くの多重散乱を経て広範囲のエネルギー損失を受けることが示唆された。
• モデル比較（CoLBT_Hydro および BW-MLLA）では、データと合理的に一致し、ジェット駆動の媒体励起が高ξでの増幅を説明していることが確認された。