[논문 리뷰] Nuclear modification of the J/Psi transverse momentum distributions in high energy pA and AA collisions

Dmitri E. Kharzeev, E.M. Levin외 1명|arXiv (Cornell University)|2012. 05. 07.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 QCD 두개의 모델을 사용하여 RHIC 및 LHC 에너지에서의 pA 및 AA 충돌에서 J/ψ 횡방향 운동량 스펙트럼의 핵 수정을 평가하며, αₛ²A¹ᐟ³의 모든 차수에서 초기 상태의 냉각 핵물질(CNM) 효과를 모두 요약한다. 이는 반응에서의 CNM 효과만으로는 반경이 중간 정도인 횡방향 운동량 영역에서 J/ψ 억제를 설명할 수 없음을 보여주며, 특히 LHC 에너지에서 CNM 억제는 증가하지만 실험 데이터는 더 적은 억제를 보이므로 이 격차는 더욱 심화된다. 이는 끝단 상태 효과가 매우 중요하다는 것을 시사한다.

ABSTRACT

We evaluate the transverse momentum spectrum of J/Psi (up to semi-hard momenta) in pA and AA collisions taking into account only the initial state effects, but resumming them to all orders in α_s^2 A^{1/3}. In our previous papers we noticed that cold nuclear matter effects alone could not explain the experimental data on rapidity and centrality dependencies of the J/Psi yield in AA collisions indicating the existence of an additional suppression mechanism. Our present calculations indicate that the discrepancy persists and even increases at semi-hard transverse momenta, implying a significant final state effect on J/Psi production in this kinematical domain. The QCD dipole model we employ is only marginally applicable for J/Psi production at mid-rapidity at RHIC energies but its use is justified in the forward rapidity region. At LHC energies we can quantitatively evaluate the magnitude of cold nuclear matter effects in the entire kinematical region of interest. We present our calculations of J/Psi transverse momentum spectra in pA and AA collisions at LHC and RHIC energies.

연구 동기 및 목표

• 고에너지 pA 및 AA 충돌에서 J/ψ 생성에 대한 初기 상태 냉각 핵물질(CNM) 효과를 정량화하는 것.
• RHIC 및 LHC에서 관측된 J/ψ 억제를 설명하기 위해 CNM 효과만으로 충분한가 평가하는 것.
• 이론적 CNM 예측과 실험 데이터의 횡방향 운동량 스펙트럼을 비교하여 끝단 상태 효과의 역할을 평가하는 것.
• J/ψ 생성에서 핵에서의 다중 구만자기 교환을 모든 차수에서 요약하는 QCD 두개의 모델을 확장하는 것.
• 중간 빠르기 및 전방 빠르기 영역에서 다양한 에너지에서 두개의 모델의 적용 가능성을 테스트하는 것.

제안 방법

• C 및 P 대칭 양자 수치를 만족하는 t-채널에서의 다중 구만자기 교환을 통해 J/ψ 생성을 기술하기 위해 QCD 두개의 모델을 사용한다.
• 포화 스케일 Qₛ를 사용하여 핵에서의 모든 차수의 다중 상호작용을 요약하며, 반경이 중간 정도인 영역에서 척도 행동 dσ/d²p⊥d²b⊥ ∝ Qₛ⁴/p⊥⁶ 를 보인다.
• pA 및 AA 총단면적을 pp 총단면적과 핵에 의존하는 산란 인자로의 콘볼루션으로 표현하여 CNM 효과를 분리한다.
• 준고전적 근사와 저x 진화 효과를 포함하여 운동량 영역 전반에 걸쳐 일반화된 결과를 도출한다.
• 수치적으로 횡방향 운동량 스펙트럼을 계산하기 위해 산란 진폭의 현상학적 모델을 적용한다.
• 일관성 효과를 평가하기 위해 종방향 형상 인자 𝒫ₗ을 평가하며, 경직된 구형 핵 모델을 사용하여 𝒫ₗ(p⊥) 의존성을 유도한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 냉각 핵물질 효과만으로 RHIC 및 LHC 에너지에서 pA 및 AA 충돌에서 관측된 J/ψ 억제를 설명할 수 있는가?
• RQ2 반경이 중간 정도인 횡방향 운동량 영역에서 에너지 및 중심성에 따라 J/ψ 횡방향 운동량 스펙트럼의 핵 수정이 어떻게 변화하는가?
• RQ3 QCD 두개의 모델이 RHIC 및 LHC에서 다양한 빠르기 영역에서 J/ψ 생성을 얼마나 정확하게 기술하는가?
• RQ4 LHC 에너지에서 초기 상태의 CNM 효과가 RHIC에 비해 J/ψ 스펙트럼에 어떤 정도의 정량적 영향을 미치는가?
• RQ5 왜 CNM 예측과 실험 데이터 사이의 격차가 반경이 중간 정도인 횡방향 운동량 영역에서 점점 커지는가?

주요 결과

• αₛ²A¹ᐟ³의 모든 차수에서 요약된 초기 상태 CNM 효과는 특히 LHC 에너지에서 반경이 중간 정도인 횡방향 운동량 영역에서 J/ψ를 크게 억제한다.
• 계산된 CNM 억제는 RHIC에 비해 LHC 에너지에서 더 증가하지만, 실험 데이터는 LHC에서 더 적은 억제를 보이므로 이는 모순된다.
• 이론적 CNM 예측과 실험 데이터 사이의 격차는 반경이 중간 정도인 p⊥ 영역에서 지속되고 심화되며, 이는 데이터를 설명하기 위해 강력한 끝단 상태 효과가 필요하다는 것을 시사한다.
• QCD 두개의 모델은 LHC 에너지에서 전체 운동량 영역에서 정량적으로 적용 가능하지만, RHIC 중간 빠르기 영역에서는 근사적으로만 유효하다.
• 종방향 형상 인자 𝒫ₗ은 고p⊥ 영역에서 일관성이 상실되어 기하 척도의 붕괴와 딱딱한 역학으로의 전이가 일어남을 보여준다.
• 모델은 RHIC dAu 데이터에 대해 합리적인 일치를 예측하지만, LHC AA 데이터를 기술하지 못하며 이는 추가적인 억제 메커니즘이 필요하다는 것을 강조한다.