[논문 리뷰] Nuclear Reaction Mechanisms and the Cronin Effect

G. G. Barnaföldi, Gábor Papp외 2명|ArXiv.org|2003. 07. 14.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 SPS에서 RHIC 에너지에 이르는 pA 충돌에서 파인 생성에 대한 Cronin 효과를 다음 단계의 양자 chromodynamics(pQCD) 개선된 파트온 모델을 사용하여 연구한다. 이 모델은 내재된 파트온 횡방향 운동량(kT)을 포함하며, 이는 ⟨kT²⟩ ≈ 2 GeV²일 때 pA 충돌에서 Cronin 피크를 성공적으로 재현한다. 반면 RHIC 에너지에서는 핵 영향력 그림자 효과가 두드러지며, 특히 중심도에 따라 달라지는 dAu 데이터에서 영향력 그림자 효과가 R_dAu(b)에 구분 가능한 구조를 드러낸다.

ABSTRACT

The influence of nuclear multiscattering and shadowing on pion spectra is investigated in $pA$ collisions from CERN SPS to RHIC energies. The calculations are performed in a next-to-leading order (NLO) pQCD-improved parton model, including intrinsic partonic transverse momentum distributions. The nuclear modification of the pion spectra (Cronin effect) is considered at different targets in a wide energy range. Theoretical predictions are displayed for planned $pA$ experiments at CERN SPS and recent $dAu$ experimental results are analysed at RHIC.

연구 동기 및 목표

• CERN SPS에서 RHIC 에너지에 이르는 pA 충돌에서의 파인 생성에 대한 Cronin 효과를 설명하기 위해.
• 고에너지에서 핵 다중산산 및 그림자 효과가 파인 스펙트럼을 어떻게 수정하는지 조사하기 위해.
• 내재된 파트온 횡방향 운동량(kT)이 pp 및 pA 충돌에서 실험적 파인 스펙트럼을 재현하는 데 미치는 영향을 규명하기 위해.
• 특히 중심도 분할 데이터에서 RHIC의 dAu 충돌에서 b-독립적 및 b-의존적 핵 그림자 모델을 비교하기 위해.
• 핵 수정 인자 R_dAu가 중심도 의존 측정을 통해 경쟁하는 그림자 모형을 구분할 수 있는지 테스트하기 위해.

제안 방법

• 내재된 kT를 포함한 인용된 3차원 파트온 분포함수(PDF)를 사용한 다음 단계의 양자 chromodynamics(pQCD) 개선 파트온 모델을 사용한다. kT 분포는 가우시안 분포 g(kT) = (1/π⟨kT²⟩)exp(−kT²/⟨kT²⟩)를 통해 모형화된다.
• 고정 스케일 규정을 적용한다: 분리 및 재정규화 스케일은 Q = κ·pT/zc로 설정되며, 여기서 κ ≈ O(1)이다.
• NLO PDF(MRST(cg))와 분해 함수(KKP)를 사용하여 Q² ≈ 1.25 GeV²까지 접근함으로써 저에너지 pT ≥ 2 GeV 영역에 도달한다.
• PDF, 부분 반응 단면적(dσ̃/dv), 분해 함수(Dcπ(zc, QF²))의 콘볼루션을 통해 파인 생성 단면적을 계산한다.
• 핵 효과는 다중산산(C·h_pA(b)) 및 그림자(EKS, 업데이트된 HIJING b-독립 및 b-의존 모델)를 통해 포함된다.
• kT 강화 PDF를 사용한 NLO 계산을 수행하고, pp 데이터 및 SPS와 RHIC의 pA 데이터와 비교하여 핵 수정 인자 R_pA 및 R_dAu에 중점을 둔다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 내재된 파트온 횡방향 운동량(kT)을 포함함으로써 NLO pQCD에서 pp 및 pA 충돌의 파인 스펙트럼 기술에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 핵 다중산산 및 그림자 효과가 다양한 목표 핵 및 에너지에서 파인 스펙트럼의 Cronin 피크를 어떻게 형성하는가?
• RQ3 b-독립적 및 b-의존적 핵 그림자 모형이 √s = 200 GeV에서 dAu 충돌의 R_dAu 중심도 의존성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 dAu 충돌에서 핵 수정 인자 R_dAu가 중심도 의존 측정을 통해 경쟁하는 그림자 모형을 구분할 수 있는가, 특히 외곽 및 중심 영역에서?
• RQ5 Cronin 피크의 위치와 높이는 내재된 kT 매개변수 ⟨kT²⟩와 목표 질량 수 A에 대해 어느 정도 의존하는가?

주요 결과

• ⟨kT²⟩ ≈ 2 GeV²인 내재된 kT를 포함함으로써, pA 충돌에서 20–200 GeV 중심질량 에너지 범위의 파인 스펙트럼에서 Cronin 피크를 성공적으로 재현한다.
• SPS 에너지(158 AGeV)에서는 다중산산 효과가 그림자 효과를 압도하며, Cronin 피크는 pT ≈ 4 GeV에서 나타나고 목표 질량 수 A가 증가함에 따라 높이가 증가한다.
• RHIC 에너지(√s = 200 GeV)에서는 그림자 효과가 상당히 중요해지며(최대 약 20%), b-의존적 그림자 모형은 R_dAu(b)에 고유한 구조를 유도한다. 중심 영역에서는 R_dAu > 1이고, 외곽 영역에서는 R_dAu ≈ 1이다.
• 다른 b-의존성에도 불구하고, 영향력 기반 평균화로 인해 b-독립적 및 b-의존적 그림자 모형의 최소한의 R_dAu 결과는 거의 동일하다.
• kT 강화 PDF를 사용한 이론적 NLO 예측은 실험적 오차 범위 내에서 PHENIX의 dAu 최소한의 π⁰ 데이터를 재현하며, 이는 RHIC 에너지에서 모형의 타당성을 입증한다.
• Cronin 피크의 위치는 중심질량 에너지에 민감하지 않지만 ⟨kT²⟩에 강하게 의존하며, 피크 높이는 다중산산 항목 C·h_pA(b)에 비례하고 A가 증가함에 따라 증가한다.