[논문 리뷰] Nuclear modification of forward $J/\psi$ production in proton-nucleus collisions at the LHC

B. Ducloué, T. Lappi외 1명|arXiv (Cornell University)|2015. 09. 16.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 16인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 LHC에서 양성자-핵 충돌에서의 전방 J/ψ 생성을 색 유리 응축체(CGC) 프레임워크를 사용하여 재평가하며, Glauber 접근법을 통한 개선된 핵 기하학적 처리를 적용한다. HERA 데이터에 피팅된 현대적 두입형 단면적을 사용하고, 영향 매개변수에 의존하는 포화 스케일을 통해 핵으로의 확장을 수행함으로써, 저자들은 이전의 CGC 계산보다 LHC 데이터에 훨씬 가까운 핵 수정 인자 RpA를 도출한다. 다만 낮은 횡방향 운동량 영역에서는 약간의 과소예측이 남아 있다.

ABSTRACT

We re-evaluate the nuclear suppression of forward $J/\psi$ production at high energy in the Color Glass Condensate framework. We use the collinear approximation for the projectile proton probed at large $x$ and an up to date dipole cross section fitted to HERA data to describe the target in proton-proton collisions. We show that using the Glauber approach to generalize the proton dipole cross section to the case of a nucleus target leads to a nuclear modification factor much closer to LHC data than previous estimates using the same framework.

연구 동기 및 목표

• LHC에서의 p-A 충돌에서 전방 J/ψ 생성에 대한 핵 수정 인자 RpA의 이론적 예측을 향상시키기 위해.
• 이전의 CGC 계산과 LHC 데이터 사이의 오랫동안 지속된 괴리, 특히 과도하게 예측된 핵 억제를 해결하기 위해.
• 특히 희박-밀도(하이브리드) 극한에서, 핵 기하학이 두입형 단면적에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 이전 CGC 연구에서 관찰된 억제의 과도한 예측을 줄이기 위해, 양성자 두입형 단면적을 핵으로 확장하는 Glauber 기반 접근법의 타당성을 시험하기 위해.

제안 방법

• 사차원 프로젝틸 양성자를 희박한 상태로 간주하고, 표준 파arton 분포 함수(PDFs)를 사용하여 축합 근사법을 적용한다.
• c¯c 쌍의 하드론화를 J/ψ 메손으로 기술하기 위해 색 소멸 모델(CEM)을 적용한다.
• 밀도가 높은 목표 핵과의 상호작용을 기술하기 위해, 고유 표현과 기본 표현에서의 윌슨 선 상관관계를 사용한다.
• HERA DIS 데이터에 피팅된 양성자 두입형 단면적을, 우드스본 핵 밀도 분포를 사용한 Glauber 접근법을 통해 핵으로 확장한다.
• 이전 연구에서 사용된 단순한 면적 평균 대신, 핵의 경우 영향 매개변수에 대한 명시적 적분을 수행한다.
• MVe 매개변수화를 두입형 S-행렬에 사용하며, HERA 데이터에 고정된 파rameter를 사용하여 양성도성과 물리적 일관성을 확보한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Glauber 기반의 핵 기하학 처리가, 전방 J/ψ 생성에서 CGC 예측과 LHC 데이터 사이의 RpA 일치도를 상당히 향상시키는가?
• RQ2 핵에서 공간적으로 변화하는 포화 스케일을 포함할 경우, 양성자 포화 스케일을 균일하게 확장한 경우에 비해 예측된 핵 억제는 어떻게 달라지는가?
• RQ3 초미세한 채론 쿼크 질량과 인식 스케일의 불확실성이, 개선된 CGC 프레임워크에서 RpA 예측에 어느 정도의 영향을 미치는가?
• RQ4 이전의 CGC 계산에서 왜 J/ψ의 억제가 과도하게 예측되었는지, 그리고 이는 핵 기하학 가정의 단순화에서 기인하는가?
• RQ5 Glauber 접근법을 통해 핵으로의 확장 시, 두입형 단면적의 양성도성과 물리적 행동이 유지되는가?

주요 결과

• Glauber 기반의 두입형 단면적 핵 확장은 이전 CGC 계산보다 LHC 측정치에 훨씬 더 가까운 핵 수정 인자 RpA를 도출한다.
• ALICE 및 LHCb 데이터와의 일치가 향상되었으며, 특히 빠르기 의존성에서 우수한 일치를 보였지만, 낮은 횡방향 운동량 영역에서는 약간의 과소예측이 지속된다.
• RpA의 불확실성은 작으며, 주로 p-p 및 p-A 단면적 간의 정규화 불확실성 상쇄로 인해 발생한다.
• 우드스본 밀도 분포를 기반으로 한, 영향 매개변수에 의존하는 두입형 S-행렬을 핵에 적용한 물리적으로 타당한 접근이 핵 기하학 효과의 기술을 향상시켰다.
• 이전의 억제 과도 예측은 핵 기하학 처리의 단순화에서 기인했으며, CGC 프레임워크의 핵심 원리 때문이 아니었다는 것이 밝혀졌다.
• LHC 에너지에서는 초기 두입형 S-행렬의 정확한 형태에 대한 의존성이 약하기에, 결과의 변동에 대한 민감도가 낮아, 초기 조건의 변화에 대해 강건함을 보였다.