[論文レビュー] Suppression of high-pT particle production in AA collisions: the role of in-medium color-flow

Andrea Beraudo, José Guilherme Milhano+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 6, 2011

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、高エネルギーのパートンとクォーカー・グルーオンプラズマ（QGP）との間の色交換が、標準的なパートンエネルギー損失モデルをはるかに超えて、重イオン衝突におけるハドロンスペクトルを著しく軟化させることを提案している。密度発展の展開を用いた中間媒質誘起グルーオン放射の解析により、中間媒質のパートンを含む $a_1a$ チャネルで形成される色スリムクラスターは、より大きなインバリアント質量とより低い $p^+$ を示し、これがハドロン化の軟化と高 $p_T$ での抑制の増大を引き起こす。このチャネルからの誘起放射のうち最大50%が寄与している。

ABSTRACT

The suppression of high-pT single-hadron spectra in heavy-ion collisions is usually interpreted as due to parton energy-loss of high-momentum quarks and gluons propagating in the plasma. Here, we discuss to what extent this partonic picture must be complemented by a picture of medium-modified hadronization. In particular, we show how color-exchange with the medium modifies the properties of color singlet-clusters arising from the parton branchings, producing a softening of the hadron spectra.

研究の動機と目的

• 中間媒質誘起色交換効果が、AA衝突におけるジェットクエンチングに寄与するかどうかを調査すること。
• パートン分岐中に形成される色スリムクラスターの性質が、クォーカー・グルーオンプラズマとの相互作用によってどのように変化するかを分析すること。
• これらの修正されたクラスターが、特に高横断運動量における最終的なハドロン運動量スペクトルに与える影響を評価すること。
• 真空中の分岐とエネルギー損失の積分的図式（標準的因子化図式）$d\sigma_{\rm med}^{AA\to h+X} = \sum_f d\sigma_{\rm vac}^{AA\to f+X} \otimes \langle P(\Delta E)\rangle_{AA} \otimes D_{\rm vac}^{f\to h}(z)$ が高 $p_T$ ハドロンスペクトルを十分に記述できるか、あるいは中間媒質修正ハドロン化効果を含める必要があるかを検討すること。

提案手法

• 中間媒質の密度展開の $N=1$ 階層で、中間媒質誘起グルーオン放射を解析し、媒質との単一散乱を考慮する。
• 大 $N_c$ 色フロー分解を用いて、放射を二つの色チャネル $aa_1$ と $a_1a$ に分割する。
• 形成時間と中間媒質長 $L^+$ を比較することで、両方の整合的・非整合的領域における放射スペクトルを計算する。
• ライトコーン運動量変数と横方向運動量依存性を用いて、放射グルーオンのスペクトルを評価する。
• ユニタリティを保証するために、真空中と誘起寄与を組み合わせて包含的放射断面積を導出する。
• クラスターのインバリアント質量と $p^+$（$\mathcal{C}_1$, $\mathcal{C}_2$, $\mathcal{C}_3$）を評価し、ハドロン化特性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中間媒質内色交換は、クォーカー・グルーオンプラズマ内でのパートン分岐中に形成される色スリムクラスターの性質をどのように変化させるか？
• RQ2 $a_1a$ チャネル（クラスターに中間媒質パートンが関与する）が、全中間媒質誘起放射およびハドロン抑制にどの程度寄与するか？
• RQ3 標準的因子化アンザッツ $d\sigma_{\rm med}^{AA\to h+X} = \sum_f d\sigma_{\rm vac}^{AA\to f+X} \otimes \langle P(\Delta E)\rangle_{AA} \otimes D_{\rm vac}^{f\to h}(z)$ は、高 $p_T$ ハドロンスペクトルを十分に記述できるか、それとも中間媒質修正ハドロン化効果が必要か？
• RQ4 $aa_1$ チャネルと $a_1a$ チャネルの相対的寄与は、非整合的および整合的極限における全中間媒質誘起放射スペクトルにどのように寄与するか？
• RQ5 放射グルーオンの形成時間と中間媒質長 $L^+$ が、放射が整合的か非整合的かを決定するメカニズムは何か？そのクラスター力学に与える影響は？

主な発見

• 非整合的領域では、$a_1a$ チャネルが中間媒質誘起放射スペクトルの50%以上を占め、中間媒質パートン相互作用がハドロン化を修正する上で支配的役割を果たしている。
• 中間媒質パートンを含む $a_1a$ チャネルで形成されるクラスター（$\mathcal{C}_2$）は、真空中のクラスター（$\mathcal{C}_1$）と比較して、顕著に大きなインバリアント質量（$M_{\mathcal{C}_2}^2 \sim ET$）と低い $p^+$ を示し、これがハドロンスペクトルの軟化を引き起こす。
• 非整合的領域では、$\mathbf{K}_0^2 + \mathbf{K}_1^2$ 項の含めにより $a_1a$ チャネルの放射スペクトルが増幅されるが、整合的領域では $d\sigma_{a_1a}^{\rm ind} = 0$ となり、真空中の放射のみが残存する。
• $a_1a$ チャネルは、$M_{\mathcal{C}_2}^2 \sim ET$ の $\mathcal{C}_2$-様クラスターを生成し、$p^+$ の低減と質量の増加により、ハドロンスペクトルが軟化する。
• 整合的極限では、全中間媒質誘起放射が消える（$d\sigma^{\rm ind} = 0$）ため、真空中の放射のみが残存し、形成時間が中間媒質長より短い場合、色流れ効果が抑制されることを示す。
• 標準的因子化アンザッツは、中間媒質との色交換がエネルギー損失とは独立にクラスターの性質を変化させるため、中間媒質修正ハドロン化の全効果を捉えていない。