[논문 리뷰] Forward Physics at STAR: Status of analysis on forward and mid rapidity correlation measurements in p+p and d+Au

A. Ogawa|arXiv (Cornell University)|2004. 08. 05.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 RHIC에서 $√s_{NN}$ = 200 GeV에서 p+p 및 d+Au 충돌에서 스타 검출기(_STAR_)를 사용하여 전방 $π^{0}$ 생성 및 이하드론의 애자이멀 각도 상관관계 측정을 제시한다. p+p에서의 포함 $π^{0}$ 단면적은 다음 준차수 양자 chromodynamics(NLO pQCD)와 일치하지만, d+Au에서의 뒤이어지는 애자이멀 상관관계의 억제는 가능한 글루온 포화 효과를 시사하며, 밀도 높은 핵물질에서 전통적인 최초의 두께 pQCD와의 이탈을 나타낸다.

ABSTRACT

Measurements of the production of high energy pi0 mesons at large pseudorapidity, coincident with charged hadrons at mid-rapidity, for proton+proton and deuteron+gold collisions at sqrt(s)_NN=200 GeV are reported. The p+p cross section for inclusive pi0 production follows expectations from next-to-leading order perturbative QCD. Both the inclusive cross section and the di-hadron azimuthal correlations are consistent with a model where parton showers supplement leading-order pQCD. A suppression of the back-to-back azimuthal correlations was observed in d+Au, qualitatively consistent with the gluon saturation picture.

연구 동기 및 목표

• 고에너지에서 전방 $π^{0}$ 생성을 묘사하는 다음 준차수 양자 chromodynamics(NLO pQCD)의 타당성을 시험하기 위해.
• √s_{NN} = 200 GeV에서 p+p 충돌의 부분입자 산란 메커니즘이 NLO pQCD 및 부분입자 샤워 모델과 일치하는지 조사하기 위해.
• d+Au 충돌에서 이하드론의 애자이멀 상관관계 측정을 통해 금 나트륨의 핵물질 글루온 분포를 탐색하기 위해.
• p+p에 비해 d+Au에서의 뒤이어지는 상관관계 억제가 글루온 포화 또는 색 유리 콘덴세이트 그림과 일치하는지 평가하기 위해.
• 핵물질 충돌에서의 저-$x$ 부분입자 밀도를 탐색하기 위한 전방 입자 생성의 가능성을 확립하기 위해.

제안 방법

• p+p 충돌에서 $η \approx$ 3.3 및 3.8에서 포함 $π^{0}$ 미분 단면적 측정을 스타 전방 파이온 검출기(FPD)를 사용하여 수행하였다.
• p+p 및 d+Au 충돌 모두에서 중간 랩시티에 있는 충전 입자($|\eta| < 0.75$, $p_T > 0.5$ GeV)와 전방 $π^{0}$ 메손($\langle\eta\rangle$ = 4.0) 사이의 이하드론 애자이멀 상관관계 분석을 수행하였다.
• CTEQ6M 부분입자 분포 함수와 $\mu_R = \mu_F = p_T$ 스케일을 사용하여 실험 데이터를 NLO pQCD 계산과 비교하였다.
• HIJING 1.381 및 PYTHIA 6.222 시뮬레이션을 사용하여 d+Au 및 p+p 상관관계를 모델링하였으며, 검출기 효과 및 핵물질 그림자 효과를 포함하였다.
• $\pi^{0} \to \gamma\gamma$ 붕괴를 사용하여 FPD의 캘리브레이션을 수행하고, 에너지 의존성 응답 및 비균일성 보정을 실시하였다.
• p+p 및 d+Au 간 비교를 위해 애자이멀 상관관계 분포를 가우시안 함수로 피팅하여 폭($\sigma$)과 통합 수확량($S$)을 추출하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 √s_{NN} = 200 GeV에서 p+p 충돌에서의 포함 $π^{0}$ 생성 단면적이 NLO pQCD 예측과 일치하는가?
• RQ2 고에너지에서 p+p 충돌에서의 이하드론 애자이멀 상관관계가 부분입자 샤워를 포함한 최초의 순서 pQCD 예측을 따르는가?
• RQ3 p+p에 비해 d+Au 충돌에서의 뒤이어지는 이하드론 애자이멀 상관관계 억제가 글루온 포화 또는 색 유리 콘덴세이트 효과와 일치하는가?
• RQ4 d+Au에서의 핵물질 그림자 효과 및 다중 상호작용이 p+p에 비해 애자이멀 상관관계의 구조에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ5 전방 $π^{0}$ 생성이 금 핵에서의 저-$x$ 글루온 밀도를 신뢰할 수 있는 탐사 도구로 사용될 수 있는가?

주요 결과

• p+p 충돌에서 $η \approx$ 3.3 및 3.8에서의 포함 $π^{0}$ 단면적은 CTEQ6M PDF와 $\mu_R = \mu_F = p_T$를 사용한 NLO pQCD 계산과 일치한다.
• p+p 충돌에서의 이하드론 애자이멀 상관관계는 부분입자 샤워를 포함한 최초의 순서 pQCD 모델에 의해 잘 묘사되며, 이는 이 에너지에서 부분입자 산란이 지배적임을 시사한다.
• d+Au 충돌에서의 애자이멀로 연관된 성분($S$)은 p+p에 비해 유의미하게 작으며, $\sigma_{\rm dAu}$는 $\sigma_{\rm pp}$보다 훨씬 좁다. 이는 뒤이어지는 상관관계의 억제를 시사한다.
• 관측된 d+Au에서의 억제는 핵물질 그림자 효과를 포함한 HIJING 시뮬레이션으로 재현되지 않아, 기존 모델이 데이터를 설명하는 데 실패할 수 있음을 시사한다.
• 예비 데이터는 HIJING 예측보다 상관관계 폭($B_{\rm dAu}$)의 증가가 더 크지만, 피팅된 $\sigma_{\rm dAu}$는 물리적으로 비현실적으로 작다. 이는 캘리브레이션 또는 함수 형태 문제를 암시한다.
• 결과는 글루온 포화 또는 색 유리 콘덴세이트의 예측과 정성적으로 일치하지만, 확실한 결론을 내리기 위해서는 더 많은 데이터와 개선된 캘리브레이션 필요하다.