[논문 리뷰] Ab Initio Coupling of Jets to Collective Flow in the Opacity Expansion Approach

Andrey V. Sadofyev|arXiv (Cornell University)|2021. 04. 19.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 21인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 투과도 전개 내에서 매질 속도와 밀도 및 온도의 횡방향 기울기로 인한 제트 운동량 브로드닝과 매질 유도 분열의 주요 보정을 계산한다. 이는 집합적 유동과 연결된 이방성 횡방향 운동량 확산과 방향성 복사 방출을 드러내며, 중성미온 충돌 및 전자-핵 충돌에서 제트 끄는 현상 연구를 위한 유체역학 시뮬레이션과 직접 결합할 수 있게 한다.

ABSTRACT

We calculate the leading corrections to jet momentum broadening and medium-induced branching that arise from the velocity of the moving medium at first order in opacity. These results advance our knowledge of jet quenching and demonstrate how it couples to collective flow of the quark-gluon plasma in heavy-ion collisions and to the orbital motion of partons in cold nuclear matter in deep inelastic scattering at the electron-ion collider. We also compute the leading corrections to jet momentum broadening due to transverse gradients of temperature and density. We find that these effects lead to both anisotropic transverse momentum diffusion proportional to the medium velocity and anisotropic medium-induced radiation emitted preferentially in the direction of the flow. We isolate the relevant sub-eikonal corrections by working with jets composed of scalar particles with arbitrary color factors interacting with the medium by scalar QCD. Appropriate substitution of the color factors and light-front wave functions allow us to immediately apply the results to a range of processes including $q ightarrow q g$ branching in real QCD. The resulting general expressions can be directly coupled to hydrodynamic simulations on an event-by-event basis to study the correlations between jet quenching and the dynamics of various forms of nuclear matter.

연구 동기 및 목표

• 중성미온 충돌 중 양성자-구름핵 플라즈마에서 제트 끄는 현상이 집합적 유동과 어떻게 결합되는지 이해하기 위해.
• 매질 속도와 온도 및 밀도의 횡방향 기울기로 인한 하위-에이켈론 보정을 특정하기 위해.
• 비균일 매질에서 제트 운동량 브로드닝과 분열 보정을 계산하는 프레임워크를 개발하기 위해.
• 이벤트별 분석을 위한 제트 역학을 유체역학 시뮬레이션에 직접 결합할 수 있도록 하기 위해.
• 스칼라 QCD에서의 결과를 색 인자와 파동함수 대체를 통해 실제 QCD 과정(예: $q \to qg$ 분열)으로 일반화하기 위해.

제안 방법

• 매질 속도와 횡방향 기울기에서 주요 보정을 계산하기 위해 투과도 전개 방법을 사용하기 위해.
• 하위-에이켈론 효과를 분리하기 위해 임의의 색 인자를 가진 스칼라 입자를 사용하여 스칼라 QCD에서의 효과를 연구하기 위해.
• 속도와 열적/밀도 기울기에서 기인한 운동량 브로드닝과 매질 유도 분열의 보정을 유도하기 위해.
• 결과를 실제 QCD 과정에 매핑하기 위해 적절한 색 인자와 라이트-프론트 파동함수를 적용하기 위해.
• 유체역학 시뮬레이션에 피드백할 수 있는 이방성 확산과 복사에 대한 일반적인 표현식을 제시하기 위해.
• 이벤트별 유체역학 모델링과의 호환성을 확보하기 위해 라이트-프론트 형식에서 작업하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 투과도 전개의 주요 순서에서 매질 속도가 제트 운동량 브로드닝과 분열에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 온도 및 밀도의 횡방향 기울기에서 기인한 제트 끄는 현상의 주요 보정은 무엇인가?
• RQ3 양성자-구름핵 플라즈마의 집합적 유동이 제트에서 이방성 확산과 방향성 복사 방출을 어떻게 유도하는가?
• RQ4 매질 운동으로 인한 하위-에이켈론 보정이 제트 에너지 손실과 복사 패tern을 어떻게 수정하는가?
• RQ5 스칼라 QCD 프레임워크는 실제 QCD 과정인 $q \to qg$ 분열로 체계적으로 확장될 수 있는가?

주요 결과

• 매질 속도는 집합적 유동 속도에 비례하는 이방성 횡방향 운동량 확산을 유도한다.
• 온도 및 밀도의 횡방향 기울기는 제트 브로드닝에 추가적인 이방성 보정을 생성한다.
• 매질 유도 복사는 매질의 집합적 유동 방향으로 우선적으로 방출된다.
• 이 프레임워크는 비균일 매질에서 정확한 제트 끄는 현상 모델링에 필수적인 하위-에이켈론 보정을 분리한다.
• 스칼라 QCD에서 유도된 일반적인 표현식은 색 인자와 파동함수 대체를 통해 실제 QCD 과정에 직접 적용될 수 있다.
• 결과는 핵물질의 유체역학 시뮬레이션과 이벤트별로 제트 끄는 현상을 직접 결합할 수 있게 한다.