[논문 리뷰] Direct photon production and jet energy-loss in small systems

Chun Shen, Chanwook Park외 4명|arXiv (Cornell University)|2016. 01. 12.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 17인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 p+Pb 및 (p,d,3He)+Au와 같은 소형 충돌 시스템에서 직접 광자 생성과 제트 에너지 손실을 조사하여 강하게 결합된 쿼크-글루온 플라즈마의 형성을 탐색한다. 이벤트별로 수치적 유체역학 시뮬레이션과 제트 운반 모델을 사용하여, 저전위 이완성량 영역에서 직접 광자에 약 50%의 열적 강화가 발생하고, 중심부 p+Pb 충돌에서 p_T ~ 10 GeV에서 충전된 하드론의 핵물질 수정 인자 R_{pA} ≈ 0.8로 나타나는 상당한 제트 에너지 손실이 있음을 발견하였다. 이는 소형 시스템에서의 집단적 행동에 대한 증거를 제공한다.

ABSTRACT

Two types of penetrating probes, direct photon and QCD jets, are investigated in the background of a small and rapidly expanding droplet of quark-gluon plasma. The additional thermal electromagnetic radiation results in a $\sim$50\% enhancement of the direct photons. In high multiplicity p+Pb collisions, jets can lose a sizeable fraction of their initial energy, leading to a charged hadron $R_\mathrm{pA}$ of $\sim$0.8 at a transverse momentum around 10\,GeV. Those two proposed measurements can help understand the apparent collective behaviour observed in small collision systems.

연구 동기 및 목표

• 소형 충돌 시스템에서 쿼크-글루온 플라즈마를 식별하는 데 있어 열 광자 복사와 제트 에너지 손실이 상호보완적인 탐사 수단이 될 수 있는지 조사하는 것.
• 고다중도 p+Pb 충돌에서 관측된 집단적 행동이 상당한 전자기적 및 파르톤 에너지 손실을 겪는 열적 매질에서 기인하는지 여부를 규명하는 것.
• LHC 및 RHIC 에너지에서 p+Pb 및 (p,d,3He)+Au와 같은 소형 시스템에서 직접 광자 강화와 제트 에너지 손실의 크기를 정량화하는 것.
• 초기 조건의 이벤트별 변동성이 소형 시스템에서의 직접 광자 및 제트 관측량에 미치는 영향을 평가하는 것.

제안 방법

• 소형 시스템에 대해 변동성이 있는 몬테카를로 글라우버 초기 조건을 사용한 iEBE-VISHNU 프레임워크 기반의 이벤트별 상대론적 유체역학 시뮬레이션.
• 확장되는 쿼크-글루온 플라즈마에서의 열복사에 의한 직접 광자 스펙트럼 계산으로, 기초 매질 방출 기여를 포함.
• 매질 유도 복사, 탄성 산란, 경로 길이 의존성을 포함한 MARTINI 몬테카를로 이벤트 생성기로 제트 에너지 손실 시뮬레이션.
• 고정된 강한 결합 상수 α_s = 0.27과 운동량 의존적 달라지는 결합 상수를 사용하여 제트-매질 상호작용 모델링.
• T_c = 165 MeV까지 진화 후 파르톤의 하드론화를 Pythia 스트링 분열 모델을 통해 수행.
• 이벤트 평균 및 이벤트별로 수치적 유체역학 매질을 사용하여, 에너지 손실 유무에 따른 충전된 하드론의 핵물질 수정 인자 R_{pA} 비교.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 √s_NN = 5.02 TeV인 소형 시스템인 p+Pb에서 열 광자 복사로 인해 저전위 이완성량 영역에서 직접 광자 수율이 얼마나 증가하는가?
• RQ2 소형 시스템에서의 제트 에너지 손실은 더 큰 시스템과 비교해 어떻게 다른가? 그리고 고p_T 충전된 하드론의 억제 현상을 설명할 수 있는가?
• RQ3 초기 조건의 이벤트별 변동성이 소형 충돌 시스템에서의 직접 광자 및 제트 관측량에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 다양한 충돌 유형과 중심도에서 소형 시스템의 직접 광자 이방성 흐름 계수 v_2,3{SP}는 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• √s_NN = 5.02 TeV인 최소 양상 p+Pb 충돌에서, 저전위 이완성량 영역(p_T < 3 GeV)에서 열 광자가 직접 광자 수율에 약 50%의 강화 기여를 한다.
• 0–1% 중심부 p+Pb 충돌에서, 더 작은 시스템 크기에도 불구하고 직접 광자의 열 강화가 ~150%로 증가한다.
• 중앙부 p+Pb 충돌에서 제트 에너지 손실은 p_T ~ 10 GeV에서 충전된 하드론의 핵물질 수정 인자 R_{pA} ≈ 0.8을 유도하며, 상당한 에너지 손실을 나타낸다.
• 최소 양상 p+Pb 충돌에서 p_T > 40 GeV에서는 에너지 손실로 인한 충전된 하드론의 억제가 무시할 수 없지만, 10 < p_T < 40 GeV 범위에서는 여전히 측정 가능한 수준이다.
• 초기 상태의 이벤트별 변동성은 평균 화염구 크기가 변동성이 있는 매질의 뜨거운 영역 스케일과 유사하기 때문에 R_{pA}에 미치는 영향이 제한적이다.
• p+Pb 충돌에서 5.02 TeV에서 직접 광자 이방성 흐름 v_2,3{SP}가 가장 크며, 이는 더 긴 화염구 수명과 더 강한 압력 기울기 때문이므로.