[논문 리뷰] PHENIX results on direct photon - hadron correlations

Huijun Ge|arXiv (Cornell University)|2017. 03. 28.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 √s = 200 GeV에서의 Au+Au 및 d+Au 충돌에서 직접 광자-하드론 상관관계를 사용하여 양성자-글루온 플라즈마 내의 파arton 에너지 손실을 탐구한다. p+p와 비교하여 트리거된 입자에 대한 관련 하드론의 수율을 측정함으로써, 낮은 ξ(높은 zT)에서의 억제와 높은 ξ(낮은 zT)에서의 증가를 관찰하여, 제트 유도 매질 반응이 에너지 재분배를 지배함을 시사하며, d+Au에서의 유의미한 수정이 없어 냉각 핵물질 효과가 없음을 확인한다.

ABSTRACT

Direct photon-hadron correlations are a golden channel to study parton in-medium energy loss in QGP. The modification of the effective fragmentation function for the away-side jet can be measured by comparing integrated away-side yields of direct photon-hadron pairs in heavy ion collisions to those in p+p. We measured per-trigger-yield of associated hadrons in Au+Au collisions and observed that there is a suppression compared to p+p for higher momentum fraction ($z_T$) hadrons. This can be explained by the opacity of the hot medium: energetic partons from the initial hard scattering lose energy while traversing it. A yield enhancement on the other hand has been found at low $z_T$ (high $ξ$). Medium response is likely to be responsible for the enhanced production of these lower momentum particles. The same measurement is done in d+Au collisions and the result suggests that no modification to the fragmentation function is observed, given the current uncertainties.

연구 동기 및 목표

• 직접 광자-하드론 상관관계를 깨끗한 탐사수 Mittel로 사용하여 양성자-글루온 플라즈마 내에서의 파arton 중간 에너지 손실을 조사하기 위해.
• 실로 잃어버린 제트 에너지가 낮은 운동량 입자들로 완전히 재분배되는지 또는 매질 내에서 열역학적으로 재분배되는지 확인하기 위해.
• d+Au를 p+p 및 Au+Au 데이터와 비교하여 냉각 핵물질 효과가 있는지 테스트하기 위해.
• 차별적 측정을 통해 트리거 광자의 횡방향 운동량 의존성에 따른 분열 함수 수정을 조사하기 위해.
• IAA의 ξ(ln zT) 의존성 분석을 통해 에너지 손실과 매질 반응 메커니즘을 구분하기 위해.

제안 방법

• √s = 200 GeV에서의 Au+Au, d+Au 및 p+p 충돌에서 직접 광자를 트리거로 사용하여 관련 하드론의 트리거 당 수율(PTY)을 측정한다.
• p+p 및 d+Au에서 최소값에서의 수율(Zero-yield-at-minimum, ZYAM) 배경 제거를 적용하고, Au+Au에서는 아조지각 비대칭성을 고려하기 위해 v2 유동 보정을 포함한다.
• 이벤트 믹싱을 사용하여 검출기 수용각을 보정하고, 하드론 효율 보정을 적용한다.
• 포함광자 대 비활성광자 비율(Rγ)에 기반한 통계적 절차를 사용하여 붕괴 광자 배경을 제거하며, 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 검증한다.
• 저운동량 입자 수율 증가를 강조하기 위해 ξ = ln(zT)로 정의된 효과적 분열 함수를 정의한다. 여기서 zT = pTh/pTγ 이다.
• IAA = YAA / Ypp 및 IdA = YdA / Ypp를 계산하여 매질 수정 정도를 정량화하고 냉각 핵물질 효과가 있는지 테스트한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고운동량 직접 광자와 반대 방향으로 생성된 제트의 분열 함수는 p+p에 비해 Au+Au에서 억제되거나 증가하는가?
• RQ2 높은 ξ(낮은 zT)에서 관측된 증가는 제트 유도 매질 반응 때문인가, 아니면 손실된 에너지가 열역학적으로 재분배된 탓인가?
• RQ3 IAA에서 억제에서 증가로의 전이가 고정된 ξ에서 발생하는가, 아니면 트리거 광자의 pT에 따라 달라지는가?
• RQ4 d+Au 충돌에서 IdA가 1에서의 편차로 나타나는 냉각 핵물질 효과가 있는가?
• RQ5 증가의 크기는 제트 에너지(트리거 pT를 통해)와 이격 측정 범위에 따라 어떻게 달라지는가?

주요 결과

• Au+Au에서 낮은 ξ(높은 zT)에서 p+p에 비해 관련 하드론 수율이 감소함을 관측하여 매질 내 에너지 손실이 발생함을 시사한다.
• 특히 더 연약한 제트(5–7 GeV/c 트리거 pT)에서 높은 ξ(낮은 zT)에서 유의미한 증가가 관측되어 매질 반응이 에너지 재분배를 지배함을 시사한다.
• 트리거 pT가 증가함에 따라 IAA가 억제에서 증가로의 전이가 더 높은 ξ로 이동함을 확인하여, 증가가 고정된 ξ에서 발생하는 것이 아니며 제트 에너지에 따라 달라짐을 시사한다.
• IdA는 오차 범위 내에서 1과 일치함을 확인하여 d+Au에서의 유의미한 수정이 없음을 시사하며, 초기 상태 에너지 손실이 주요 메커니즘이 아니라는 것을 배제한다.
• 증가는 전체 이격 측정 범위(π/2)에서 가장 두드러지게 나타나며, 이는 낮은 운동량 쿼크-글루온이 더 많은 다중 산란를 겪고 더 넓은 에너지 손실을 겪음을 시사한다.
• 모델 비교(CoLBT_Hydro 및 BW-MLLA)에서 데이터와 합리적인 일치를 보이며, 제트 유도 매질 진동이 고ξ에서의 증가를 설명함을 확인한다.