[논문 리뷰] Extracting $\hat{q}$ from single inclusive data at RHIC and at the LHC for different centralities: a new puzzle?

Carlota Andrés, Nestor Amesto외 3명|arXiv (Cornell University)|2016. 12. 20.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 9인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 RHIC와 LHC에서 다양한 중심도 조건에서 단일 포함 입자 데이터를 이용해 쿼크점성 매질 모델 내의 냉각 가중치를 사용하여 제트 냉각 매개변수  ̂q를 추출한다. 그 결과, K-요인 (̂q/(2ε³⁴))은 RHIC에서 LHC보다 약 2–3배 크며, 중심도에 대해 거의 의존성이 없음을 확인하여, ̂q가 국소적 매질 특성(예: 온도)보다는 전체 충돌 에너지에 더 강하게 의존할 가능성이 있음을 시사한다.

ABSTRACT

We present here an extraction of the jet transport coefficient, $\hat{q}$, using RHIC and LHC single-inclusive high-$p_T$ data for different centralities. We fit a $K$-factor that determines the deviation of this coefficient from an ideal estimate, $K \equiv \hat{q}/(2ε^{3/4})$, where $ε$ is given by hydrodynamic simulations. As obtained already in previous studies, this $K$-factor is found to be larger at RHIC than at the LHC. However it is, unexpectedly, basically no-dependent on the centrality of the collision. Taken at face value this result, the $K$-factor would not depend on local properties of the QGP as temperature, but on global collision variables such as the center of mass energy.

연구 동기 및 목표

• RHIC와 LHC에서 고-pT 단일 포함 입자 억제 데이터로부터 제트 운반 계수 ̂q를 추출하는 것.
• 충돌 중심도와 에너지에 따라 ̂q 매개변수가 어떻게 변화하는지 조사하는 것, 특히 RHIC와 LHC 조건을 비교하는 것.
• 이deal QGP 추정치(즉, K = ̂q/(2ε³⁴))에서의 편차가 국소적 매질 특성(예: 온도)이나 전체 충돌 에너지에 의존하는지 테스트하는 것.
• 다양한 유체역학적 매질 모델과 열화 시간 외삽에 따른 K-요인의 강인성 평가.
• 중심 및 준중심 충돌에서 에너지 밀도가 겹치는 데도 불구하고 K-요인이 RHIC에서 LHC보다 더 큰 이유를 설명하는 수수께끼를 해결하는 것.

제안 방법

• QGP 매질 내에서 파arton 에너지 손실을 모델링하기 위해 냉각 가중치(QW)의 형식을 사용하며, 에너지 손실은 수정된 분해율 함수에 포함된다.
• 다중 연속 소프트 산란(조화 진동자) 근사에서 ASW 냉각 가중치를 적용하며, 시간에 따라 변화하는 ̂q(τ)로부터 유도된 효과적 매개변수 ω_c^eff와 R^eff를 사용한다.
• Hirano, Glauber, fKLN 유체역학 시뮬레이션을 이용해 파arton 궤적을 따라 에너지 밀도 ε(ξ)를 확보하며, 열화 이전의 ̂q에 대해 세 가지 외삽 기법(0, 일정, 자유류동)을 적용한다.
• K-요인을 K ≡ ̂q / (2ε³⁴)로 정의하며, 여기서 ε는 유체역학 모델에서 유도된 것으로, ̂q를 이상적 QGP 추정치와 비교한다.
• PHENIX(RHIC)와 ALICE(LHC)의 실험 R_AA 데이터를 다양한 중심도에서 NLO 계산과 CTEQ6.6M PDFs, EPS09 핵형 수정을 사용해 피팅한다.
• Bjorken 추정치를 사용하여 τ₀ε를 초기 매질 조건의 대체 지표로 계산하며, K-요인의 추세를 이 변수와 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 중심 및 준중심 충돌에서 에너지 밀도가 유사한 데도 불구하고, K-요인 (̂q/(2ε³⁴))이 RHIC에서 LHC보다 현저히 큰 이유는 무엇인가?
• RQ2 중심도가 국소적 매질 온도와 밀도에 영향을 주므로, 추출된 K-요인이 중심도에 얼마나 의존하는가?
• RQ3 K-요인이 주로 국소적 매질 특성(예: 온도, 에너지 밀도)에 의해 결정되는지, 아니면 전체 충돌 에너지와 같은 글로벌 매개변수에 의해 결정되는가?
• RQ4 다양한 유체역학적 매질 모델과 ̂q의 열화 이전 가정에 대해 결과가 얼마나 강인한가?
• RQ5 K-요인이 RHIC와 LHC에서 중심도에 따라 거의 일정한데, 이는 매질 온도 변화에 기반한 예상과 반대되므로, 그 이유는 무엇인가?

주요 결과

• K-요인은 RHIC에서 LHC보다 약 2–3배 크며, 이는 이상적 QGP 추정치보다 훨씬 큰 제트 냉각을 나타낸다.
• K-요인은 RHIC와 LHC 양쪽에서 중심도에 거의 의존성이 없으며, 다양한 충격 매개변수 범위에서 거의 수평선을 이룬다.
• 중심 Au+Au 충돌(RHIC)과 준중심 Pb+Pb 충돌(LHC) 사이에서 에너지 밀도(또는 온도)가 겹치는 데도 불구하고 K-요인이 수렴하지 않으며, 이는 국소적 매질 특성에 기반한 단순한 해석에 도전한다.
• K-요인은 유체역학 모델(Hirano, Glauber, fKLN)의 선택이나 열화 시간 외삽 기법에 대해 거의 민감하지 않다.
• LHC에서의 K-요인은 1에 가깝다(K ≈ 1)며, 이는 ̂q가 이상적 추정치에 가깝다는 것을 시사하지만, RHIC에서는 현저히 증가되어 있다(K ≈ 2–3).
• √s = 5.02 TeV에서의 새로운 CMS 데이터는 √s = 2.76 TeV일 때보다 약 10% 작게 K-요인을 보이며, LHC에서의 에너지 의존성이 약한 것으로 나타나지만, 확인을 위해 추가 피팅이 필요하다.