[논문 리뷰] $Υ$ production in p-Pb and Pb-Pb collisions with ALICE at the LHC

G. G. Fronzé|arXiv (Cornell University)|2016. 12. 20.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 LHC에서 √sNN = 5.02 TeV 조건 하에서 p-Pb 및 Pb-Pb 충돌에서 Υ(1S) 생성에 대한 ALICE 실험 결과를 제시한다. 뮤온 스펙트로미터에서 측정한 μ⁺μ⁻ 쌍의 진동 질량 재구성 기반으로 핵소개 수정 인자 RAA 및 RpPb 를 측정하였으며, Pb-Pb 충돌에서 중심성에 따라 억제되는 경향을 관측하고 p-Pb에서 전방 빠르기 억제의 징후를 발견하였다. 데이터는 에너지 손실과 핵 그림자 효과를 포함한 모델과 일치하지만 재결합에 대한 명확한 증거는 없었다.

ABSTRACT

ALICE (A Large Ion Collider Experiment) is devoted to the study of heavy-ion collisions at LHC energies. In such collisions a deconfined state of nuclear matter, the Quark-Gluon Plasma (QGP), is formed. Due to their early production, quarkonium states are good probes to study the QGP evolution. Such states are affected by suppression mechanisms which lead to reduced yields with respect to pp and p-Pb collisions, while regeneration phenomena might lead to an enhancement of their production. The latter effects are expected to be negligible at LHC for bottomonium states. The recent ALICE results on $Υ$ production in Pb-Pb collisions at $\sqrt{s_{ m NN}}=5.02\; m{T}e m{V}$ will be presented and compared with previous measurements at $\sqrt{s_{ m NN}}=2.76\; m{T}e m{V}$. A comparison with theoretical calculations will be performed as well. Results obtained in p-Pb collisions at $\sqrt{s_{ m NN}}=5.02\; m{T}e m{V}$ will also be discussed.

연구 동기 및 목표

• LHC 에너지에서 쿼크온 억제 메커니즘을 통해 쿼크-글루온 플라즈마(QGP) 성질을 탐구하기 위해 √sNN = 5.02 TeV 조건에서 p-Pb 및 Pb-Pb 충돌에서 Υ(1S) 생성을 연구하는 것.
• LHC 에너지에서 바텀온 생성에 있어 냉각 핵물질(CNM) 효과, 에너지 손실, 그리고 가능성을 고려한 재결합의 역할을 조사하는 것.
• 핵 그림자 효과, 에너지 손실, 유체역학적 효과를 포함한 이론 모델과 실험적 RAA 및 RpPb 측정치를 비교하는 것.
• √sNN = 5.02 TeV에서의 결과를 이전 2.76 TeV 측정치와 비교하여 Υ(1S) 억제의 에너지 의존성을 평가하는 것.

제안 방법

• ALICE 뮤온 스펙트로미터에서 측정한 μ⁺μ⁻ 쌍의 진동 질량 피팅을 통해 Υ(1S)를 재구성하고, 뮤온 트리거 시스템에 매칭된 트랙을 사용한다.
• 운동학적 절단 조건 적용: −4 < ημ < −2.5, pTμ ≥ 2 GeV/c, 및 17.6 cm < Rabs < 89.5 cm를 통해 신호 대 잡음 비율을 최적화한다.
• 공명에 대해 확장된 크리스탈 볼 함수와 현상학적 배경(이중 지수함수, 단일 지수함수 또는 거듭제곱 법칙)을 조합한 피팅 함수를 사용하여 신호 수확량을 추출한다.
• 핵소개 수정 인자 공식을 사용하여 RAA 를 계산한다: RAA = NAA / (⟨TAA⟩ · σpp), 여기서 σpp 는 √s = 2.76, 7, 및 8 TeV 조건에서 LHCb 및 ALICE 데이터로부터 내삽한 값이다.
• Glauber 피팅을 통해 V0 검출기의 원시 신호 진폭을 중심성로 추정한다.
• 에너지 손실(에머릭), 핵 그림자 효과(โจ우), 유체역학적 효과(스트릭랜드)를 포함한 이론 모델과 결과를 비교하며, η/s 및 피드다운 비율 등의 매개변수를 변화시켜 불확도를 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 √sNN = 5.02 TeV 조건에서 p-Pb 충돌에서 Υ(1S) 생성이 억제되는가? 만약 그렇다면, 이는 냉각 핵물질 효과와 일치하는가?
• RQ2 √sNN = 5.02 TeV 조건에서 Pb-Pb 충돌에서 Υ(1S)의 RAA 는 중심성과 빠르기에 따라 어떻게 달라지며, 2.76 TeV 데이터와 비교해보면 어떠한가?
• RQ3 에너지 손실, 핵 그림자 효과, 재결합을 포함한 이론 모델이 관측된 Υ(1S) 억제 패tern을 어느 정도 재현하는가?
• RQ4 LHC 에너지에서 Pb-Pb 충돌에서 Υ(1S) 재결합의 증거가 있는가? 관측된 RAA 경향을 바탕으로 평가한다.

주요 결과

• √sNN = 5.02 TeV 조건에서 Pb-Pb 충돌에서 측정된 Υ(1S) 수확량은 1107 ± 70 (통계적 오차) ± 43 (계측 오차)로, 2.76 TeV 측정치 대비 열 배율 증가한 통계량을 나타낸다.
• Pb-Pb 충돌에서 RAA 는 중심성에 따라 강한 의존성을 보이며, 더 중심적인 충돌에서 RAA 가 감소하는 경향을 보이며 이는 이전 2.76 TeV 결과와 일치한다.
• √sNN = 5.02 TeV 조건에서의 RAA 값은 2.76 TeV 결과보다 체계적으로 높지만, 오차 범위 내에서 일치하여 억제의 명백한 에너지 계층 구조는 관측되지 않았다.
• p-Pb 충돌에서 전방 빠르기 영역에서는 억제의 징후를 관측하였지만, 후방 빠르기 영역에서는 유의미한 억제가 관측되지 않았으며, 모든 테스트된 모델이 오차 범위 내에서 일치하였다.
• Pb-Pb 충돌에서 RAA 의 빠르기 의존성은 고른 빠르기에서 낮은 빠르기로 갈수록 증가하는 경향을 보이며, 2.76 TeV 데이터와의 상당한 이질성은 없었고, 일부 기울기에서의 긴장이 있음에도 불구하고 스트릭랜드 모델과 오차 범위 내에서 일치하였다.
• 재결합 존재 여부에 대해 확실한 결론을 내릴 수 없었으며, 재결합이 포함된 모델과 포함되지 않은 모델 모두가 오차 범위 내에서 데이터를 재현하였다.