[논문 리뷰] Multiplicity dependence of charged-particle intra-jet properties in pp collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV

ALICE Collaboration, Adamova, Dagmar외 1065명|arXiv (Cornell University)|2023. 11. 22.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 ALICE 검출기를 사용하여 √s = 13 TeV에서의 pp 충돌에서 다중도 의존성 내재 제트 성질의 최초 측정을 제시한다. 고다중도 사건에서 저-zch 입자들의 분할이 증가하고 고-zch 입자들이 억제되는 현상이 관측되었으며, 특히 낮은 pT 제트와 더 넓은 반경을 가진 제트에서 두드러지게 나타나, QCD 모델과 소형 시스템에서의 QGP 유사 효과에 대한 중요한 제약 조건을 제공한다.

ABSTRACT

The first measurement of the multiplicity dependence of intra-jet properties of leading charged-particle jets in proton–proton (pp) collisions is reported. The mean charged-particle multiplicity and jet fragmentation distributions are measured in minimum-bias and high-multiplicity pp collisions at center-of-mass energy $\sqrt{s}$ = 13 TeV using the ALICE detector. Jets are reconstructed from charged particles produced in the midrapidity region ($|\eta | < 0.9$) using the sequential recombination anti-$k_{ extrm{T}}$ algorithm with jet resolution parameters R = 0.2, 0.3, and 0.4 for the transverse momentum ($p_ extrm{T}$) interval 5–110 GeV/c. The high-multiplicity events are selected by the forward V0 scintillator detectors. The mean charged-particle multiplicity inside the leading jet cone rises monotonically with increasing jet $p_ extrm{T}$ in qualitative agreement with previous measurements at lower energies. The distributions of jet fragmentation function variables $z^{ extrm{ch}}$ and $\xi ^{ extrm{ch}}$ are measured for different jet-$p_ extrm{T}$ intervals. Jet-$p_ extrm{T}$ independent fragmentation of leading jets is observed for wider jets except at high- and low-$z^{ extrm{ch}}$ values. The observed “hump-backed plateau” structure in the $\xi ^{ extrm{ch}}$ distribution indicates suppression of low-$p_ extrm{T}$ particles. In high-multiplicity events, an enhancement of the fragmentation probability of low-$z^{ extrm{ch}}$ particles accompanied by a suppression of high-$z^{ extrm{ch}}$ particles is observed compared to minimum-bias events. This behavior becomes more prominent for low-$p_ extrm{T}$ jets with larger jet radius. The results are compared with predictions of QCD-inspired event generators, PYTHIA 8 with Monash 2013 tune and EPOS LHC. It is found that PYTHIA 8 qualitatively reproduces the jet modification in high-multiplicity events except at high jet $p_ extrm{T}$. These measurements provide important constraints to models of jet fragmentation.

연구 동기 및 목표

• √s = 13 TeV에서의 pp 충돌에서 내재 제트의 양성입자 성질의 다중도 의존성을 조사하기 위해.
• 제트 분할 및 다중도 분포를 통해 고다중도 소형 시스템에서의 잠재적 QGP 유사 효과를 탐색하기 위해.
• pp 데이터를 활용하여 중수성 충돌에서 제트 끄로드 연구를 위한 기초 자료를 제공하기 위해.
• PYTHIA 8 및 EPOS LHC와 같은 QCD 기반 이벤트 생성기의 예측을 검증하기 위해.

제안 방법

• 중간 속도 영역 (|η| < 0.9) 내의 양성입자를 반-kt 알고리즘을 사용하여 R = 0.2, 0.3, 0.4로 재구성하였다.
• 제트는 pT 범위 5–110 GeV/c에서 재구성되었으며, 고다중도 사건은 후방 V0 섬광 검출기로 선택되었다.
• 제트 분할 함수는 zch(모멘텀 분율) 및 ξch(횡방향 모멘텀 비율) 변수를 사용하여 분석되었다.
• 주로 제트 내의 평균 양성입자 다중도는 제트 pT 및 이벤트 다중도의 함수로 측정되었다.
• 모델 성능 평가를 위해 결과는 PYTHIA 8(Monash 2013 테이닝) 및 EPOS LHC 이벤트 생성기와 비교되었다.
• 통계적 및 체계적 오차는 데이터 기반 방법 및 몬테카를로 시뮬레이션을 사용하여 평가되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 √s = 13 TeV에서의 pp 충돌에서 제트 내 평균 양성입자 다중도는 제트 pT 및 이벤트 다중도에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ2 이벤트 다중도가 증가함에 따라 제트 분할 함수(zch 및 ξch)는 어떻게 변화하는가?
• RQ3 최소-바이어스 사건에 비해 고다중도 pp 사건에서 제트 분할은 어느 정도 수정되는가?
• RQ4 관측된 분할 수정 현상은 QGP 유사 효과를 시사하는가, 아니면 표준 QCD 역학으로 설명 가능한가?
• RQ5 PYTHIA 8 및 EPOS LHC 모델은 고다중도 pp 충돌에서 측정된 내재 제트 성질을 어느 정도 잘 재현하는가?

주요 결과

• 주로 제트 내 평균 양성입자 다중도는 제트 pT와 함께 단조롭게 증가하며, 저에너지 측정 결과와 일치한다.
• ξch 분포에서 관측된 '두드러진 플랫폼' 구조는 제트 내에서 낮은 pT 입자들의 억제를 나타낸다.
• 고다중도 사건에서는 최소-바이어스 사건에 비해 저-zch 입자들의 분할 확률이 증가하고 고-zch 입자들은 억제된다.
• 이 수정 현상은 낮은 pT 제트 및 넓은 제트 반경(R = 0.4)에서 가장 두드러지게 나타나, 더 넓은 위상공간 영역에서 매체 유사 효과가 강화됨을 시사한다.
• Monash 2013 테이닝을 적용한 PYTHIA 8은 고다중도 사건에서의 제트 수정을 정성적으로 재현하지만, 고pT 영역에서는 불일치가 발생한다.
• 이 결과는 고다중도 pp 충돌에서 제트 분할 및 파arton 쇼어의 진화 모델에 대해 강력한 제약 조건을 제공한다.