[論文レビュー] Predictions for p+Pb at 4.4A TeV to Test Initial State Nuclear Shadowing at LHC

G. G. Barnaföldi, J. Barrette+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 15, 2011

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 1

ひとこと要約

本研究は、LHCにおける4.4 A TeVのp+Pb衝突における初期状態の核シャドウイング効果をテストするために、4.4 A TeVでのp+Pb衝突に対する共線因子化摂動的QCD予測を比較する。電子-核のグローバルフィットを用い、Q²に依存するシャドウイングを適用した結果、横運動量範囲5–20 GeV/cにおいて顕著な抑制は観測されず（R_{pPb} ≈ 1 ± 0.1）、HIJING型シミュレーションで用いられる固定Q²シャドウイングモデルが予測する強い抑制（R_{pPb} ≈ 0.6–0.7）とは矛盾する。これは、Pb+Pbデータにおける最終状態効果の解釈を揺るがすものである。

ABSTRACT

Collinear factorized perturbative QCD model predictions are compared for p+Pb at 4.4A TeV to test nuclear shadowing of parton distribution at the Large Hadron Collider (LHC). The nuclear modification factor (NMF), R_{pPb}(y=0,p_T<20 GeV/c) = dn_{p Pb} /(N_{coll}(b)dn_{pp}), is computed with electron-nucleus (e+A) global fit with different nuclear shadow distributions and compared to fixed Q^2 shadow ansatz used in Monte Carlo Heavy Ion Jet Interacting Generator (HIJING) type models. Due to rapid DGLAP reduction of shadowing with increasing Q^2 used in e+A global fit, our results confirm that no significant initial state suppression is expected (R_{pPb} (p_T) = 1 \pm 0.1) in the p_T range 5 to 20 GeV/ c. In contrast, the fixed Q^2 shadowing models assumed in HIJING type models predict in the above p_T range a sizable suppression, R_{pPb} (p_T) = 0.6-0.7 at mid-pseudorapidity that is similar to the color glass condensate (CGC) model predictions. For central (N_{coll} = 12) p+ Pb collisions and at forward pseudorapidity (\eta = 6) the HIJING type models predict smaller values of nuclear modification factors (R_{pPb}(p_T)) than in minimum bias events at mid-pseudorapidity (\eta = 0). Observation of R_{pPb}(p_T= 5-20 GeV/c) less than 0.6 for minimum bias p+A collisions would pose a serious difficulty for separating initial from final state interactions in Pb+Pb collisions at LHC energies.

研究の動機と目的

• LHCエネルギーにおけるp+Pb衝突における初期状態の核シャドウイングの影響をテストすること。
• e+Aグローバルフィットから得られるQ²に依存するシャドウイングと、HIJING型モデルで用いられる固定Q²仮定を比較すること。
• Pb+Pbデータで観測された抑制が初期状態効果に起因するかどうかを評価すること。
• さまざまな運動量領域における核修飾因子R_{pPb}の頑健性を評価すること。

提案手法

• 共線因子化摂動的QCDを用いて、R_{pPb}(y=0, p_T<20 GeV/c) を計算する。
• e+Aデータへのグローバルフィットから導かれたQ²に依存する核シャドウイング分布を適用する。
• HIJING型モンテカルロ生成器で用いられる固定Q²シャドウイングモデルと結果を比較する。
• 中心的衝突（N_{coll}=12）における中間動量保存領域（η=0）および前方動量保存領域（η=6）でR_{pPb}を評価する。
• R_{pPb}を核効果の指標として、比dn_{pPb}/(N_{coll}(b) dn_{pp}) として定義する。
• さまざまなp_Tおよびη領域におけるシャドウイングパラメータ化の選択に依存するR_{pPb}の感度を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 e+Aフィットから得られるQ²に依存するシャドウイングは、4.4 A TeVのp+Pb衝突で顕著な初期状態の抑制を予測するか？
• RQ2 HIJING型シミュレーションにおける固定Q²シャドウイングモデルは、Q²に依存するフィットと比較してR_{pPb}をどのように予測するか？
• RQ3 中間ラピディティでのPb+Pb衝突で観測された抑制は、初期状態シャドウイングによるものか、それとも最終状態効果によるものか？
• RQ4 固定Q²モデルのもとで、中心的p+Pb衝突における前方動量保存領域（η=6）でのR_{pPb}は、中間ラピディティ（η=0）よりも小さくなるか？
• RQ5 p_T = 5–20 GeV/cの最小バイアスp+A衝突でR_{pPb} < 0.6が観測された場合、初期状態シャドウイングと整合するか？

主な発見

• e+Aグローバルフィットから得られるQ²に依存するシャドウイングは、中間ラピディティにおけるp_T範囲5–20 GeV/cで顕著な抑制を予測せず、R_{pPb} ≈ 1 ± 0.1 となる。
• HIJING型シミュレーションにおける固定Q²シャドウイングモデルは、同じp_Tおよびη領域で強い抑制を予測し、R_{pPb} ≈ 0.6–0.7 となる。
• 前方動量保存領域（η=6）では、HIJING型モデルが中間ラピディティ（η=0）の最小バイアス事象よりも小さいR_{pPb}値を予測する。
• Q²に依存するモデルと固定Q²モデルの乖離は、前者が正しければ、Pb+Pbデータで観測された抑制が初期状態シャドウイングに起因するとは限らないことを示唆する。
• p_T = 5–20 GeV/cの最小バイアスp+A衝突でR_{pPb} < 0.6が観測された場合、Pb+Pb解析における初期状態および最終状態効果の分離が成立しなくなる可能性がある。