[논문 리뷰] Predictions for p+Pb at 4.4A TeV to Test Initial State Nuclear Shadowing at LHC

G. G. Barnaföldi, J. Barrette외 3명|arXiv (Cornell University)|2011. 11. 15.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 LHC에서 4.4 A TeV에서의 p+Pb 충돌에 대해 초기 상태 핵형 그림자 효과를 시험하기 위해 선형 인자분해 양자 chromodynamics 예측을 비교한다. Q²에 의존하는 그림자 효과를 포함한 전자-핵 전역 피팅을 사용하여, 5–20 GeV/c의 횡방향 운동량 범위에서 뚜렷한 감소가 없음을 발견한다 (R_{pPb} ≈ 1 ± 0.1), 이는 HIJING 유형의 시뮬레이션에서 고정된 Q² 그림자 모델이 강한 감소를 예측하는 것( R_{pPb} ≈ 0.6–0.7)과 모순되며, Pb+Pb 데이터에서의 최종 상태 효과에 대한 해석을 도전한다.

ABSTRACT

Collinear factorized perturbative QCD model predictions are compared for p+Pb at 4.4A TeV to test nuclear shadowing of parton distribution at the Large Hadron Collider (LHC). The nuclear modification factor (NMF), R_{pPb}(y=0,p_T<20 GeV/c) = dn_{p Pb} /(N_{coll}(b)dn_{pp}), is computed with electron-nucleus (e+A) global fit with different nuclear shadow distributions and compared to fixed Q^2 shadow ansatz used in Monte Carlo Heavy Ion Jet Interacting Generator (HIJING) type models. Due to rapid DGLAP reduction of shadowing with increasing Q^2 used in e+A global fit, our results confirm that no significant initial state suppression is expected (R_{pPb} (p_T) = 1 \pm 0.1) in the p_T range 5 to 20 GeV/ c. In contrast, the fixed Q^2 shadowing models assumed in HIJING type models predict in the above p_T range a sizable suppression, R_{pPb} (p_T) = 0.6-0.7 at mid-pseudorapidity that is similar to the color glass condensate (CGC) model predictions. For central (N_{coll} = 12) p+ Pb collisions and at forward pseudorapidity (\eta = 6) the HIJING type models predict smaller values of nuclear modification factors (R_{pPb}(p_T)) than in minimum bias events at mid-pseudorapidity (\eta = 0). Observation of R_{pPb}(p_T= 5-20 GeV/c) less than 0.6 for minimum bias p+A collisions would pose a serious difficulty for separating initial from final state interactions in Pb+Pb collisions at LHC energies.

연구 동기 및 목표

• LHC 에너지에서 p+Pb 충돌에 대한 초기 상태 핵형 그림자의 영향을 시험하기 위해.
• e+A 전역 피팅에서 유도된 Q²에 의존하는 그림자 효과를 HIJING 유형 모델의 고정된 Q² 가정과 비교하기 위해.
• 관측된 Pb+Pb 데이터에서의 감소가 초기 상태 효과에 기인한 것인지 평가하기 위해.
• 다양한 운동역학적 영역에서 핵형 수정 인자 R_{pPb}의 강인성 평가하기 위해.

제안 방법

• 선형 인자분해 양자장론적 QCD를 사용하여 R_{pPb}(y=0, p_T<20 GeV/c)를 계산한다.
• e+A 데이터에 대한 전역 피팅에서 유도된 Q²에 의존하는 핵형 그림자 분포를 적용한다.
• HIJING 유형 몬테카를로 생성기에서 사용되는 고정된 Q² 그림자 모델과 결과를 비교한다.
• 중심 충돌 (N_{coll}=12) 에서 중간 편향율 (η=0) 과 전방 편향율 (η=6) 에서 R_{pPb}를 평가한다.
• R_{pPb}를 핵 효과의 척도로 정의하기 위해 비율 dn_{pPb}/(N_{coll}(b) dn_{pp}) 를 사용한다.
• 다양한 p_T 및 η 영역에서 그림자 효과의 매개변수 선택에 따른 R_{pPb}의 민감도 분석하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 e+A 피팅에서 유도된 Q²에 의존하는 그림자 효과는 4.4 A TeV에서 p+Pb 충돌에서 유의미한 초기 상태 감소를 예측하는가?
• RQ2 HIJING 유형 시뮬레이션의 고정된 Q² 그림자 모델은 Q²에 의존하는 피팅과 비교해 R_{pPb} 예측에서 어떻게 다를까?
• RQ3 중간 랩시디티에서 관측된 Pb+Pb 충돌의 감소는 초기 상태 그림자 효과 때문인지, 아니면 최종 상태 효과 때문인가?
• RQ4 고정된 Q² 모델 하에서 중심 p+Pb 충돌에서 전방 편향율 (η=6) 에서 R_{pPb} 가 중간 편향율 (η=0) 보다 감소하는가?
• RQ5 p_T = 5–20 GeV/c 범위에서 최소 충돌 크기의 p+A 충돌에서 R_{pPb} < 0.6 이 관측될 경우, 초기 상태 그림자 효과와의 일치는 가능한가?

주요 결과

• e+A 전역 피팅에서 유도된 Q²에 의존하는 그림자 효과는 중간 랩시디티에서 5–20 GeV/c 범위의 p_T 에서 뚜렷한 감소를 예측하지 않으며, R_{pPb} ≈ 1 ± 0.1 이다.
• HIJING 유형 시뮬레이션에서의 고정된 Q² 그림자 모델은 동일한 p_T 및 η 영역에서 강한 감소를 예측하여 R_{pPb} ≈ 0.6–0.7 이 된다.
• 전방 편향율 (η=6) 에서 HIJING 유형 모델은 중간 편향율 (η=0) 의 최소 충돌 사건보다 더 낮은 R_{pPb} 값을 예측한다.
• Q²에 의존하는 모델과 고정된 Q² 모델 간의 괴리로 인해, 만약 Q²에 의존하는 모델이 올바르다면 Pb+Pb 데이터에서 관측된 감소가 초기 상태 그림자 효과에서 기인하지 않을 수 있음을 시사한다.
• p_T = 5–20 GeV/c 범위에서 최소 충돌 크기의 p+A 충돌에서 R_{pPb} < 0.6 이 관측될 경우, Pb+Pb 분석에서 초기 상태 및 최종 상태 효과의 분리가 어려워질 수 있다.