[논문 리뷰] EMC effect and jet energy loss in relativistic deuteron-nucleus collisions

B. Cole, G. G. Barnaföldi외 3명|ArXiv.org|2007. 02. 09.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 뉴클레온 파르톤 분포 함수(PDF)에서의 EMC 효과가 RHIC에서의 상대론적 디우터론-금속(dAu) 충돌에서 고운동량($p_T \gtrsim 10$ GeV/c) $\pi^0$ 생성의 억제를 설명하는지 조사한다. pQCD 개선된 파르톤 모델을 사용하고, HKN, EKS, HIJING를 포함한 다수의 핵 PDF 매개변수화를 적용하여, EMC 효과만으로는 관측된 $R_{dAu}$ 억제를 설명할 수 없음을 발견하였다. 그러나 약간의 최종 상태 제트 에너지 손실($L/\lambda = 1$)을 고려할 경우 이론적 불일치가 감소하여, 제트 끄는 현상이 작은 크기의 dAu 시스템에서도 역할을 할 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

We investigate the influence of modified nuclear parton distribution functions (PDFs) on high-pT hadron production at RHIC and LHC energies using a pQCD-improved parton model. For application at RHIC, we focus on the possible contribution of the EMC modification of the nuclear PDFs in the x > 0.3 region to the observed suppression of pi0 production at pT > 10 GeV/c in dAu collisions. We study three different parameterizations of the nuclear PDF modifications and find that they give consistent results for R_dAu(pT) for neutral pions in the region 10 GeV/c < pT < 20 GeV/c. We find that the EMC suppression of the parton distributions in the Au nucleus does not strongly influence the R_dAu for pi0 in the pT region where the suppression is observed. Using the HKN parameterization, we evaluate systematic errors in the theoretical R_dAu(pT) resulting from uncertainties in the nuclear PDFs. The measured nuclear modification factor is inconsistent with the pQCD model result for pT > 10 GeV/c even when the systematic uncertainties in the nuclear PDFs are accounted for. The inclusion of a small final-state energy loss can reduce the discrepancy with the data, but we cannot perfectly reproduce the pT dependence of the measured R_dAu(pT). For the LHC, we find that shadowing of the nuclear PDFs produces a large suppression in the yield of hadrons with pT < 100 GeV/c in p(d)A collisions.

연구 동기 및 목표

• RHIC에서의 dAu 충돌에서 고운동량-$p_T$ $\pi^0$ 생성의 억제가 핵 PDF에서의 EMC 효과로 설명되는지 평가하기.
• 다양한 핵 PDF 매개변수화(HKN, EKS, HIJING)가 핵 수정 인자 $R_{dAu}$에 미치는 영향을 평가하기.
• 최종 상태 제트 에너지 손실이 이론적 예측과 $R_{dAu}$ 실험 데이터 간의 불일치를 어떻게 보완할 수 있는지 결정하기.
• 분석을 LHC 에너지에서의 $dPb$ 충돌로 확장하고, $R_{dAu}$의 영역에서 그림자 효과 및 EMC 영역에서의 행동을 예측하기.
• HKN 매개변수화를 사용하여 핵 PDF의 불확실성으로 인한 $R_{dAu}$의 체계적 불확실성의 크기를 정량화하기.

제안 방법

• 고운동량 하드론 생성을 핵 PDF, 양자점성역학적(수렴형) 교차단면, 분해 함수의 콘볼루션을 통해 계산하기 위해 pQCD 개선된 파르톤 모델을 사용한다.
• 결과의 강건성을 평가하기 위해 $p_T \lesssim 70$ GeV/c 범위에서 HKN, EKS, HIJING의 세 가지 핵 PDF 매개변수화를 적용한다.
• 핵 파르톤 분포의 불확실성을 포함하여 HKN PDF를 사용해 $R_{dAu}$의 체계적 오차를 평가한다.
• 매개변수 $L$(매질 길이)과 $\lambda$(평균 자유 경로)를 가진 현상학적 모델을 통해 최종 상태 제트 에너지 손실을 포함하고, 데이터에 최적화하기 위해 $L/\lambda$를 조정한다.
• 에너지 의존성에 대한 그림자 효과 및 에너지 손실 효과를 연구하기 위해 LHC의 $dPb$ 충돌($\sqrt{s_{NN}} = 900$ GeV 및 $8.8$ TeV)로 계산을 확장한다.
• 측정된 $dN_{ch}/dy$와 횡방향 면적을 사용해 파르톤 밀도를 추정하고, dAu 및 AuAu 시스템 간의 제트 끄는 현상의 비교를 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 핵 PDF에서의 EMC 효과만으로도 RHIC에서의 dAu 충돌에서 $p_T \gtrsim 10$ GeV/c 범위에서 관측된 $\pi^0$ 생성의 억제를 설명할 수 있는가?
• RQ2 HKN, EKS, HIJING를 포함한 다양한 핵 PDF 매개변수화가 $p_T \sim 10-20$ GeV/c 범위에서 이론적 $R_{dAu}$ 예측에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 최종 상태 제트 에너지 손실을 통해 이론적 $R_{dAu}$와 실험 데이터 간의 불일치를 어느 정도 줄일 수 있는가?
• RQ4 LHC 에너지에서 충돌 에너지가 증가함에 따라 $R_{dAu}$에서의 EMC 곡선의 위치와 크기는 어떻게 변화하는가?
• RQ5 LHC 에너지에서 핵 그림자 효과와 제트 에너지 손실 중 어느 것이 $R_{dAu}$의 형태를 더 크게 결정하는가?

주요 결과

• HKN PDF 불확실성을 고려한 경우에도 핵 PDF에서의 EMC 효과는 $p_T \sim 10-20$ GeV/c 범위에서 $R_{dAu}$의 억제에 유의미한 영향을 미치지 못한다.
• HKN, EKS, HIJING PDF를 사용해 계산한 이론적 $R_{dAu}$ 값은 $p_T \sim 10-20$ GeV/c 영역에서 일관되며, 결과의 강건성을 시사한다.
• 핵 PDF의 체계적 불확실성을 포함한 경우에도 측정된 $R_{dAu}$는 pQCD 모델 결과와 $p_T \gtrsim 10$ GeV/c에서 일치하지 않으며, 이는 이론적 예측이 실험 데이터를 충분히 설명하지 못함을 의미한다.
• 약간의 최종 상태 에너지 손실($L/\lambda = 1$)을 포함할 경우 이론적 불일치는 감소하지만, 측정된 $R_{dAu}$의 $p_T$ 의존성은 여전히 완전히 재현되지 않는다.
• LHC 에너지에서 $dPb$ 충돌에서는 $p_T \lesssim 100$ GeV/c 범위에서 그림자 효과가 억제를 지배하며, 에너지가 증가함에 따라 EMC 곡선의 위치가 더 높은 $p_T$로 이동한다.
• LHC 에서는 $p_T \lesssim 10$ GeV/c 범위에서 제트 에너지 손실 효과가 더 두드러지며, $L/\lambda = 3.0$(작은 $\lambda$)일 경우 이 영역에서 $R_{dAu}$가 크게 감소한다.