[論文レビュー] Two-particle Direct Photon-Jet Correlation Measurements in PHENIX

J. E. Frantz|ArXiv.org|Jan 10, 2009

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 4被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、PHENIXデータを用いて、√sNN = 200 GeVにおけるp+pおよびAu+Au衝突において、2粒子の直接的光子-ジェット相関を測定し、統計的差し引きを用いて直接的光子-ハドロン対を分離した。主な結果として、Au+Auとp+pにおけるトリガーごとの直接的光子yieldのIAA比が、単一粒子のRAAと一致しており、RHICにおけるジェットエネルギー損失の幾何学的図像を定性的に支持する。同時に、イベントごとの光子分離を用いて、初の高精度なベースラインフラグメンテーション関数D(z)と内在的kT ≈ 2.5–3 GeVの測定が可能となった。

ABSTRACT

Various 2-particle direct photon-hadron correlation strengths and yields in $p+p$ and $Au+Au$ collisions at sqrtsNN= 200 GeV are presented. The per-trigger yield of direct photon hadron pairs from direct-photon-jet correlations in is obtained by a statistical subtraction of the decay photon pairs from inclusive photon-hadron sample. The decay photon per-trigger yields are estimated from the measured $π^0$-hadron by means of a Monte Carlo based calculation which takes into account decay kinematics and detector response. Under the assumption that the suppression is nearly pt independent using a specific averaging scheme, we find an average ratio of Au+Au to p+p per-trigger photon yields, $I_{AA}$, consistent with the single particle suppression level Raa, which can be interpreted as a qualitative confirmation of the basic geometrical picture of jet suppression at RHIC. The application of the event by event photon isolation cuts in $p+p$ results our highest precision measurement yet, and allows for precision studies of the baseline fragmentation function $D(z)$, and well as a variable \pout which is proportional to the apparent intrinsic $k_T$, or non-zero transverse momentum of the original collision partons. With a model dependent extraction method, the average $sqrt()$ at this center of mass energy in p+p is found to be in the vicinity of 3 GeV, consistent with analysis of di-hadron (di-jet) correlations. This and the improved precision in the isolated yields warrant further comparison with the baseline perturbative QCD (pQCD) calculations used in the various models of jet energy loss. Finally, we present a unique direct measurement of single prompt photons from jet fragmentation.

研究の動機と目的

• 高エネルギー重イオン衝突における崩壊光子背景からの直接的光子-ハドロン相関を分離すること。
• IAA比を用いて、Au+Auにおける直接的光子の抑制パターンをp+pと比較し、ジェットエネルギー損失の幾何学的図像を検証すること。
• イベントごとの光子分離を用いて、p+p衝突におけるベースラインフラグメンテーション関数D(z)および内在的横運動量kTを抽出すること。
• ジェットフラグメンテーションからのプロンプト光子の直接測定を実施し、角度的およびyield情報も含むこと。
• γ-ジェット相関からのIAAと二ハドロン相関からのIAAを比較し、ジェットエネルギー損失の表面バイアスモデルを検証すること。

提案手法

• π⁰ → γγ崩壊の運動学および検出器応答を考慮したモンテカルロシミュレーションを用いて、包含的光子-ハドロンサンプルからの崩壊光子対の統計的差し引き。
• p+pデータにおけるイベントごとの光子分離カットの適用により、非プロンプト光子寄与を抑制し、ベースラインD(z)およびkTの精度を向上させること。
• 二源モデルの分解を用いて、方位相関関数におけるジェット相関(J(Δϕ))と背景イベントおよび楕円流(v₂)を分離すること。
• IAAを、pT独立の抑制を仮定したpTビンごとの平均値として、Au+Auとp+pのトリガーごとのyield比として計算すること。
• 孤立光子-ハドロン相関における反対側ジェットピークの幅から、モデル依存の⟨kT²⟩^(1/2)の抽出。
• 高統計のRun 7データ（約30億イベント）を用いて、低pTビンの探索およびずれたジェットピークの有無の調査。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Au+Auにおける直接的光子-ハドロン相関の抑制は、単一粒子のRAAと一致するか。これにより、RHICにおけるジェットエネルギー損失の幾何学的図像が支持されるか。
• RQ2 孤立光子-ハドロン相関を用いて、p+p衝突における部分粒子の内在的横運動量⟨kT²⟩^(1/2)はどのように測定されるか。
• RQ3 イベントごとの光子分離を用いたp+p衝突におけるベースラインフラグメンテーション関数D(z)の測定精度はどの程度か。
• RQ4 直接的光子-ジェット相関は、物質誘発放射を示唆する、ずれたピーク構造を反対側相関に示すか。
• RQ5 γ-ジェットと二ハドロン相関からのIAA値はどのように比較されるか。これにより、ジェットエネルギー損失の表面バイアスモデルに何が示唆されるか。

主な発見

• Au+Auとp+pにおける直接的光子-ハドロンyieldのIAA比は、単一粒子のRAAと一致しており、RHICにおけるジェットエネルギー損失の幾何学的図像を支持する。
• 中心部Au+Auイベントにおける平均IAA値は2σレベルで顕著に正であり、RAAと一致しており、単一の高pT粒子と同等の抑制レベルであることを示している。
• RHICにおけるp+pで初めてのイベントごとの光子分離カットにより、これまでで最も高精度なベースラインフラグメンテーション関数D(z)の測定が達成された。
• √sNN = 200 GeVにおけるp+p衝突における平均内在的横運動量⟨kT²⟩^(1/2)は約2.5–3 GeVと測定され、二ハドロン相関の結果と整合的である。
• 分析により、低pTにおける反対側相関にずれたピークの兆候が示唆されたが、現在のデータでは不確実性が大きいため、明確な結論には至らない。
• ジェットコーン内での特定のpTカットにおける角度分布およびyield割合を含む、プロンプト光子の直接測定が達成された。