[논문 리뷰] Jet Quenching and Its Azimuthal Anisotropy in AA and possibly High Multiplicity pA and dA Collisions

Xilin Zhang, Jinfeng Liao|arXiv (Cornell University)|2013. 11. 21.

Computational Fluid Dynamics and Aerodynamics인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 '근-비열전환 강화'(NTcE) 시나리오에서 $p_t$-의존성 에너지 손실을 포함한 개선된 제트 냉각 모델을 제시하며, RHIC 및 LHC에서의 AA 충돌에서 $R_{AA}$와 애자이멀리티 $V_2$, $V_3$, $V_4$를 성공적으로 기술한다. 또한 이 모델을 고다중도 pPb 및 dAu 충돌에 적용하여 각각 측정 가능한 $V_2 \sim 0.01$과 $0.1$을 예측하며, 최종 상태 제트 감쇠에 대한 깔끔한 신호를 제공한다.

ABSTRACT

We report our calculation of jet quenching and its azimuthal anisotropy in the high energy AA and high multiplicity pA and dA collisions. The purpose of this study is twofold. First, we improve our previous event-by-event studies, by properly implementing $p_t$ dependence in the modeling. We show that, within the jet "monography" scenario featuring a strong near-Tc-enhancement of jet energy loss, the computed high-$p_t$ nuclear modification factor $R_{AA}$ and the harmonic coefficients in its azimuthal anisotropy $v_{2,\,3,\,4}$, agree well with the available data from both Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) and Large Hadron Collider (LHC). Second, in light of current discussions on possible final state collective behavior in the high-multiplicity pPb and dAu collisions, we examine the implication of final state jet attenuation in such collisions, by applying the same model used in AA collisions and quantifying the corresponding $R_{pA}$ and $R_{dA}$ and their azimuthal anisotropy. The high-$p_t$ $V_n$ provide a set of clean indicators of final state energy loss. In particular we find in the most central pPb (5.02 TeV) and dAu (200 GeV) collisions, $V_2$ is on the order of $0.01$ and $0.1$ respectively, measurable with current experimental accuracy. In addition, our high-$p_t$ $R_{dA}$ is around $0.6$ which is compatible with preliminary dAu results from RHIC.

연구 동기 및 목표

• 이전의 이벤트별로 제트 냉각 모델을 향상시키기 위해 에너지 손실의 $p_t$-의존성을 통합함으로써, RHIC 및 LHC 에너지 범위에서 $R_{AA}$와 애자이멀리티를 정확히 기술할 수 있도록 한다.
• NTcE 모델이 AA 충돌에서 관측된 고-$p_t$ 하드론 생산의 억제와 애자이멀리티를 설명하는 데 일관성을 갖는지 테스트한다.
• 동일한 NTcE 프레임워크를 사용하여 고다중도 pPb 및 dAu 충돌에서 최종 상태 제트 에너지 손실 영향을 정량화하고, $R_{pA}$, $R_{dA}$, $V_n$에 대한 예측을 제공한다.
• 고-$p_t$ 애자이멀리티 계수 $V_n$이 소형 시스템에서 최종 상태 제트-매질 상호작용을 위한 명확한 실험적 탐지수단이 될 수 있는지 식별한다.

제안 방법

• 강한 근-비열전환 강화(NTcE)의 제트-매질 상호작용을 고려한 제트 '모노그래피' 시나리오를 채택하여 에너지 손실을 모델링한다.
• $p_t$-의존성 분수 에너지 손실을 도입하여, Betz 등과 Horowitz 등이 제안한 바를 참고로 하여 $R_{AA}(p_t)$ 데이터를 재현한다.
• pPb 및 dAu 시스템에서 충돌 기하구조를 시뮬레이션하기 위해 두 가지 다른 방식의 몬테카를로 글라우버 초기 상태 모델을 사용한다.
• $R_{AA}^{(n)}(\phi)$를 계산하고, 핵소결합 인자에 대한 애자이멀리티로부터 조화 계수 $V_n$을 추출한다.
• RHIC 및 LHC의 실험 데이터, 즉 다양한 중심도 및 에너지 범위에서의 $R_{AA}$, $V_2$, $V_3$, $V_4$와 결과를 비교한다.
• 매질의 팽창과 초기-최종 평면 불일치가 $V_n$ 예측에 미치는 영향을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NTcE 모델에 $p_t$-의존성 에너지 손실을 포함할 경우, RHIC 및 LHC 에너지에서 $R_{AA}$와 $V_2$ 데이터를 동시에 기술할 수 있는가?
• RQ2 $p_t$-의존성 에너지 손실이 AA 충돌에서 계산된 $R_{AA}$와 $V_n$에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 동일한 NTcE 모델 하에서 고다중도 pPb 및 dAu 충돌에서 $R_{pA}$, $R_{dA}$, $V_n$의 기대값은 무엇인가?
• RQ4 고-$p_t$ $V_n$ 계수는 소형 시스템에서 최종 상태 제트-매질 상호작용을 위한 명확한 신호가 될 수 있는가?
• RQ5 초기 상태 기하구조와 매질 역학은 소형 시스템에서 예측된 $V_n$에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• NTcE 모델에 $p_t$-의존성 에너지 손실을 통합한 개선된 모델은 RHIC 및 LHC에서 다양한 중심도에서 $R_{AA}(p_t)$ 데이터를 성공적으로 재현하며, 약 0.2에서 2.76\,\text{TeV}까지의 억제 수준을 반영한다.
• 모델은 가장 중심도가 높은 dAu(200 GeV) 충돌에서 $V_2 \sim 0.1$, 가장 중심도가 높은 pPb(5.02 TeV) 충돌에서 $V_2 \sim 0.01$을 예측하며, 이는 현재 실험 정밀도로 측정 가능한 수준이다.
• 고-$p_t$에서 계산된 $R_{dA}$는 약 0.6으로, 예비 RHIC dAu 측정 결과와 일치한다.
• NTcE 효과가 dAu에서 pPb로 이행함에 따라 감소함으로써, 관측된 $R_{dA} < R_{pA}$ 경향에 기여한다.
• LHC에서의 고차 조화계수 $V_3$와 $V_4$는 CMS 데이터와 상당한 일치를 보이며, 다만 $V_2$와 $V_3$가 약간 데이터를 초과하는 경향이 있는데, 이는 고려되지 않은 매질 팽창과 평면 불일치로 인한 것으로 보인다.
• 고-$p_t$ $V_n$ 계수는 특히 고다중도 pA 및 dA 충돌에서 최종 상태 제트 에너지 손실의 강력한 지표로 식별된다.