[논문 리뷰] Jet Results in pp and Pb-Pb Collisions at ALICE

O. Busch|arXiv (Cornell University)|2013. 06. 12.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 8인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 LHC에서 pp 및 Pb-Pb 충돌에서의 제트 생성을 측정한 ALICE 결과를 제시하며, R = 0.2–0.4인 제트를 도출하기 위해 충전 및 중성 입자를 사용한다. 중심부 Pb-Pb 충돌에서 운동량에 따라 강한 제트 억제 현상이 관측되었으며, 고운동량 영역에서 RAA ≈ 0.5를 기록하였다. 또한 제트의 넓어짐이나 에너지 재분포는 유의미하게 관측되지 않아, 양성자-구성입자 플라즈마 내에서의 매질 유도 방출 및 에너지 손실과 일치한다.

ABSTRACT

We report results on jet production in pp and Pb-Pb collisions at the LHC from the ALICE collaboration. The jet cross section in pp collisions at $\sqrt{s}$=2.76 TeV is presented, as well as the charged particle jet production cross section and measurements of the jet fragmentation and jet shape in pp collisions at $\sqrt{s}$=7 TeV. NLO pQCD calculations and simulations from MC event generators agree well with the data. Measurements of jets with a resolution parameter $R$=0.2 in Pb-Pb collisions at $\sqrt{s}_{NN}$=2.76 TeV show a strong, momentum dependent suppression in central events with respect to pp collisions. The centrality dependence of the suppression of charged particle jets relative to peripheral events is presented. The ratio of jet spectra with $R$=0.2 and $R$=0.3 is found to be similar in pp and Pb-Pb events. The analysis of the semi-inclusive distribution of charged particle jets recoiling from a high-$p_{ m T}$ trigger hadron allows an unbiased measurement of the jet structure for larger cone radii.

연구 동기 및 목표

• √s = 2.76 TeV 및 7 TeV에서의 pp 충돌에서 제트 생성을 측정하여 양자점성역학 예측을 검증한다.
• √sNN = 2.76 TeV에서의 Pb-Pb 충돌에서 제트 억제를 연구하여 구성입자-구성입자 플라즈마를 탐사한다.
• 중무거운 이온 충돌에서 제트 억제의 중심도 의존성과 운동량 의존성을 조사한다.
• 재구성 편향을 최소화하기 위해 큰 R을 사용한 무편향 제트 구조 측정을 수행한다.
• NLO pQCD 및 몬테카를로 시뮬레이터(PYTHIA, Phojet)와의 비교를 통해 제트 형상, 분할, 스펙트럼 데이터를 검증한다.

제안 방법

• ITS 및 TPC에서 pT > 150 MeV/c인 충전 입자 트랙을 사용하여 반-kt 알고리즘을 적용하고 R = 0.2–0.4로 제트를 재구성한다.
• EMCal에서의 중성 입자(E > 300 MeV, |η| < 0.7)를 포함하고, 이중 카운팅을 방지하기 위해 충전 에너지를 제거한다.
• 검출기 시뮬레이션 기반의 복원 및 박스별 보정을 사용하여 제트 스펙트럼, 형상 및 분할 분포를 보정한다.
• kT 클러스터에서의 중앙값 pT 밀도를 사용하여 배경을 제거하고, 충전 및 중성 제트 재구성에 비례하여 스케일링한다.
• 핵반사 수정 인자 RAA = (d²Njet/dpT,dη)Pb-Pb / (⟨Ncoll⟩ × d²Njetpp/dpT,dη)를 정의하여 제트 억제를 정량화한다.
• 트리거 입자와 함께 반응 제트 분석을 수행하여 더 큰 R 제트에 접근하며, Δrecoil = (1/Ntrig) × (dN/dpT,jet)trig1-2 − c × (1/Ntrig) × (dN/dpT,jet)trig3-4를 적용하여 관련된 제트를 분리한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NLO pQCD 계산은 √s = 2.76 TeV 및 7 TeV에서의 pp 충돌에서 제트 생성을 얼마나 잘 기술하는가?
• RQ2 중심부 Pb-Pb 충돌에서 제트 생성은 pp 충돌에 비해 얼마나 억제되며, 이 억제는 제트의 pT 및 중심도에 따라 어떻게 달라지는가?
• RQ3 큰-R 반응 제트를 통해 측정했을 때, 구성입자-구성입자 플라즈마에서 제트 넓어짐 또는 에너지 재분포의 증거가 있는가?
• RQ4 pp 충돌에서의 제트 형상과 분할 분포는 PYTHIA 및 Phojet 시뮬레이션과 어떻게 비교되는가?
• RQ5 Pb-Pb에서 R = 0.2 및 R = 0.3 제트 스펙트럼의 비율은 매질 효과로 인한 제트 핵심의 구조적 변화를 나타내는가?

주요 결과

• √s = 2.76 TeV에서의 pp 충돌에서의 포함 제트 단면적은 하드론화 효과를 고려할 경우 NLO pQCD 계산과 잘 일치한다.
• pp 충돌에서의 제트 형상과 분할은 PYTHIA(Perugia0 및 Perugia2011) 및 Phojet 시뮬레이션에 의해 잘 기술되며, 분할 스펙트럼에서 특징적인 복합형 플랫랜드가 관측된다.
• 중심부 Pb-Pb 충돌(0–10% 중심도)에서 R = 0.2 제트의 핵반사 수정 인자 RAA는 유의미하게 1보다 작으며, 고운동량 영역(pT > 50 GeV/c)에서 ≈0.5에 도달하여 강한 제트 억제를 나타낸다.
• RCP의 중심도 의존성은 중심도가 증가할수록 억제가 증가하며, 외곽에서 중심으로 갈수록 RCP 값이 감소함을 보여준다.
• Pb-Pb에서 R = 0.2 및 R = 0.3 제트 스펙트럼의 비율은 pp 및 Pb-Pb 충돌에서 모두 PYTHIA 예측과 일치하여 매질 내에서 제트 핵심의 넓어짐이 유의미하게 일어나지 않음을 시사한다.
• R = 0.4 및 낮은 구성 요소 pT 임계값(0.15 GeV/c)을 사용한 반응 제트 분석에서 에너지 재분포가 유의미하게 관측되지 않아, ΔIAA^PYTHIA는 R 및 pT 임계값에 관계없이 일관되게 유지된다.