[논문 리뷰] Nuclear modification factor of charged particles and light-flavour hadrons in p--Pb collisions measured by ALICE

G. Bencédi|arXiv (Cornell University)|2016. 09. 19.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 √s_NN = 5.02 TeV 및 2.76 TeV에서 p–Pb 및 Pb–Pb 충돌에서 양성자 및 경성 입자에 대한 핵조절 인자(R_pPb 및 R_AA)의 ALICE 측정 결과를 제시한다. 이는 Pb–Pb에서 고-<i>p</i>_T 억제가 초기 상태 효과가 아니라 쿼크-글루온 플라즈마에서의 최종 상태 파arton 에너지 손실 때문임을 보여주며, 고-<i>p</i>_T에서 R_pPb가 단위와 일치함을 보이고, p–Pb에서 중간 <i>p</i>_T에서 양성자 스펙트럼이 Cronin 유사 증가를 보임을 확인한다.

ABSTRACT

The hot and dense strongly interacting Quark-Gluon Plasma (sQGP) created in ultra-relativistic heavy-ion collisions can be probed by studying high-$p_{\ m T}$ particle production and parton energy loss. Similar measurements performed in p-Pb collisions may help in determining whether initial or final state nuclear effects play a role in the observed suppression of hadron production at high-$p_{\ m T}$ in Pb--Pb collisions. By examining the nuclear modification factors through the comparison of identified hadron yields in different collision systems one can gain insight into particle production mechanisms and nuclear effects.

연구 동기 및 목표

• Pb–Pb 충돌에서 관측된 고-<i>p</i>_T 입자 억제의 초기 상태 및 최종 상태 핵 효과를 분리하는 것.
• 쿼크-글루온 플라즈마(QGP)에서의 파arton 에너지 손실이 고-<i>p</i>_T 입자 억제의 원인인지 조사하는 것.
• p–Pb 충돌에서의 핵 매질 효과, 예를 들어 Cronin 증가 및 그림자 효과의 역할을 검토하는 것.
• 충돌 시스템 간에 특정 입자 수율을 비교하여 파arton 분할 및 에너지 손실 메커니즘을 탐색하는 것.

제안 방법

• √s_NN = 5.02 TeV 및 2.76 TeV에서 p–Pb 및 Pb–Pb 충돌에서 양성자 및 특정 경성 입자(π±, K±, p/̄p)의 미분 수율 측정.
• R_pPb 및 R_AA의 계산은 공식 R = (d²N/dydp_T) / (⟨T⟩ × d²σ^INEL_pp/dydp_T)를 사용하며, ⟨T⟩는 Glauber 모델에서의 평균 핵 상호작용 함수이다.
• ALICE의 입자 식별 시스템(ITS, TPC, TOF, HMPID)을 활용하여 dE/dx 및 비행 시간을 통해 π, K, p를 분리한다.
• pQCD, CGC, 그림자 효과를 포함한 이론 모델과 R_pPb 및 R_AA를 비교한다.
• p–Pb에서의 다중도 의존성 분석을 통해 양성자 대 π 비율을 분석하여 집단적 효과를 분리한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Pb–Pb 충돌에서 고-<i>p</i>_T 양성자 억제는 최종 상태 파arton 에너지 손실 때문인가, 초기 상태 핵 효과 때문인가?
• RQ2 고-<i>p</i>_T에서 핵조절 인자 R_pPb가 단위에서 벗어나지 않아 p–Pb에서 최종 상태 효과가 없음을 의미하는가?
• RQ3 다른 경성 입자(π, K, p)에 대한 R_pPb 값은 어떻게 비교되며, 핵 매질 효과에 대해 무엇을 드러내는가?
• RQ4 Pb–Pb 및 p–Pb 충돌에서 저-<i>p</i>_T에서 회전 흐름 또는 질량에 의존하는 억제의 증거가 있는가?
• RQ5 그림자 효과, Cronin 효과 및 제트 쿠잉을 포함한 이론 모델이 관측된 R_pPb 및 R_AA 데이터를 어느 정도 잘 기술하는가?

주요 결과

• 중앙 Pb–Pb 충돌(0–5%)에서 양성자의 R_AA는 <i>p</i>_T ≈ 6–7 GeV/<i>c</i>에서 강한 억제를 보이며, 더 높은 <i>p</i>_T에서 상승하는 경향을 보여, 상대적 에너지 손실 감소를 시사한다.
• 양성자에 대한 R_pPb는 <i>p</i>_T > 2 GeV/<i>c</i>에서 단위와 일치하며, p–Pb에서 유의미한 최종 상태 효과가 없음을 나타내며, Pb–Pb에서의 억제가 QGP 유도 에너지 손실 때문임을 뒷받침한다.
• <i>p</i>_T ≈ 4 GeV/<i>c</i>에서, 양성자의 R_pPb는 양성자 전체 수율보다 약 3배 높으며, 중간 정도의 Cronin 유사 증가를 나타내며, π 및 K는 이러한 증가가 없음을 보여준다.
• <i>p</i>_T > 10 GeV/<i>c</i>에서, 모든 특정 입자에 대해 R_pPb는 단위와 일치하며, 이는 이중 충돌 스케일링을 확인하고 고-<i>p</i>_T에서 최종 상태 효과가 없음을 확인한다.
• <i>p</i>_T > 10 GeV/<i>c</i>에서 π±, K± 및 p/̄p의 R_AA는 구분할 수 없으며, 제트 쿠잉이 모든 분할 입자에 대해 일관되게 영향을 미치며 종류에 따라 다른 영향을 주지 않음을 시사한다.
• p–Pb에서의 다중도 의존성 분석을 통해, <i>p</i>_T < 10 GeV/<i>c</i>에서 양성자 대 π 비율은 강한 경향을 보이며, Pb–Pb와 유사하게 집단적 행동을 나타내며, 고-<i>p</i>_T 비율은 pp 데이터와 일치한다.