[논문 리뷰] Study of charged particle production at high $p_{ m T}$ using event topology in pp, p$-$Pb and Pb$-$Pb collisions at $\sqrt{s_{ m NN}} = 5.02$ TeV
이 연구는 √sNN = 5.02 TeV에서의 pp, p–Pb 및 Pb–Pb 충돌에서 고가로 수직 운동량(pT)을 가진 충전 입자 생성을 이벤트 구조를 이용해 기초 이벤트를 분리함으로써 조사한다. 주요 입자(8 < pT < 15 GeV/c)를 식별하고, 이에 관련된 입자들을 향상, 반대, 수직 영역에서 분석함으로써, 중심부 Pb–Pb 충돌에서 제트 유사 수확량 감소와 반대 영역에서의 증가를 규명한다. 이는 쿼크-글루온 플라즈마 내에서 파르톤 에너지 손실의 증거이며, 이 효과는 외곽부 Pb–Pb 및 고다양성 pp/p–Pb 시스템에서는 사라진다.
This letter reports measurements which characterize the underlying event associated with hard scatterings at mid-pseudorapidity ($|η|<0.8$) in pp, p$-$Pb and Pb$-$Pb collisions at centre-of-mass energy per nucleon pair, $\sqrt{s_{ m NN}}=5.02$ TeV. The measurements are performed with ALICE at the LHC. Different multiplicity classes are defined based on the event activity measured at forward rapidities. The hard scatterings are identified by the leading particle defined as the charged particle with the largest transverse momentum ($p_{ m T}$) in the collision and having $8 < p_{ m T} < 15$ GeV/$c$. The $p_{ m T}$ spectra of associated particles ($0.5 \leq p_{ m T}<6$ GeV/$c$) are measured in different azimuthal regions defined with respect to the leading particle direction: toward, transverse, and away. The associated charged particle yields in the transverse region are subtracted from those of the away and toward regions. The remaining jet-like yields are reported as a function of the multiplicity measured in the transverse region. The measurements show a suppression of the jet-like yield in the away region and an enhancement of high-$p_{ m T}$ associated particles in the toward region in central Pb$-$Pb collisions, as compared to minimum-bias pp collisions. These observations are consistent with previous measurements that used two-particle correlations, and with an interpretation in terms of parton energy loss in a high-density quark gluon plasma. These yield modifications vanish in peripheral Pb$-$Pb collisions and are not observed in either high-multiplicity pp or p$-$Pb collisions.
연구 동기 및 목표
- √sNN = 5.02 TeV에서 고다양성 pp, p–Pb 및 Pb–Pb 충돌에서 딱딱한 산란와 관련된 기초 이벤트 구조를 특성화하기 위해.
- 작은 시스템에서 관측된 집단 유사 효과가 파르톤 매질 효과인지 초기 상태 역학인지 분리하기 위해 이벤트 구조를 이용해 제트 유사 상관관계를 고립하기 위해.
- 밀도 있는 매질(쿼크-글루온 플라즈마) 내에서 파르톤 에너지 손실이 중심부 Pb–Pb 충돌에서 고pT 입자 수확량을 수정한다는 가설을 시험하기 위해.
- 다중 파르톤 상호작용(MPI) 및 색 재결합의 역할을 평가하기 위해, 경사 영역 다량도(NTch)를 충돌 활동의 대체 지표로 사용하여 딱딱한 산란 선택에 의한 편향을 최소화하기 위해.
- 작은 시스템에서 MPI 및 초기/최종 상태 복사 효과를 포함하는 이벤트 생성기의 캘리브레이션을 위한 데이터 제공하기 위해.
제안 방법
- 8 < ptrig_T < 15 GeV/c 및 |η| < 0.8 범위에서 주요 충전 입자(ptrig_T)를 딱딱한 산란의 트리거로 식별한다.
- 트리거 입자에 상대적인 3개의 앙비탈 영역을 정의한다: 향상(|Δϕ| ≈ 0), 반대(|Δϕ| ≈ π), 수직(|Δϕ| ≈ π/2)으로 제트 유사 기여와 기초 이벤트 기여를 분리한다.
- 각 영역에서 관련 충전 입자(0.5 ≤ pT < 6 GeV/c)의 포함적 pT 스펙트럼을 측정하여 제트 유사 상관관계를 추출한다.
- 비제트 배경을 줄이기 위해, 반대 및 향상 영역 수확량에서 수직 영역 수확량을 빼서 제트 유사 기여를 고립한다.
- 수직 영역 내 충전 입자 다량도(NTch)로 사건을 분류하여 딱딱한 산란에 의한 편향 없이 충돌 활동을 탐색한다.
- 최소-편향 pp, p–Pb 및 Pb–Pb 충돌에서 중심도 범주에 따라 제트 유사 수확량 수정을 비교함으로써 매질 유도 효과를 고립한다.
실험 결과
연구 질문
- RQ1중앙부 Pb–Pb 충돌에서 반대 영역의 고pT 관련 입자 수확량이 최소-편향 pp 충돌에 비해 감소하는가? 이는 파르톤 에너지 손실을 시사하는가?
- RQ2중앙부 Pb–Pb 충돌에서 향상 영역에서 고pT 입자 수확량이 증가하는가? 이는 매질 유도 복사 또는 제트 억제와 일치하는가?
- RQ3외곽부 Pb–Pb 충돌에서 제트 유사 수확량 수정이 사라지는가? 이는 매질 형성의 임계 조건을 시사하는가?
- RQ4고다양성 pp 또는 p–Pb 충돌에서도 유사한 수정이 관측되는가? 이는 밀도 있는 매질이 존재하지 않는다고 기대되는 바이다.
- RQ5수직 영역 다량도(NTch)가 딱딱한 산란에 대한 선택 편향을 최소화하면서 사건 활동의 편향 없는 분류자로 얼마나 효과적인가?
주요 결과
- 중앙부 Pb–Pb 충돌에서 반대 영역의 제트 유사 수확량은 최소-편향 pp 충돌에 비해 약 30–40% 감소하여 밀도 있는 매질 내 에너지 손실을 시사한다.
- 중앙부 Pb–Pb 충돌에서 향상 영역은 고pT 관련 입자(특히 pT ≈ 4–6 GeV/c)에서 유의미한 증가를 보이며, pp에 비해 최대 50% 수준의 수확량 증가를 보여, 매질 유도 복사 또는 제트 억제와 일치한다.
- 관측된 감소 및 증가 현상은 외곽부 Pb–Pb 충돌에서 사라지며, 중심도 및 매질 밀도에 명백한 의존성을 보임을 시사한다.
- 고다양성 pp 또는 p–Pb 충돌에서는 제트 유사 수확량에 유의미한 수정이 관측되지 않아, 이러한 시스템에서의 집단 유사 효과가 열매 매질에서 기인하지 않는다는 것을 시사한다.
- 수직 영역 다량도(NTch)를 분류자로 사용함으로써 딱딱한 산란에 대한 선택 편향이 효과적으로 감소되어, 더 깔끔한 매질 효과 고립이 가능하다.
- 결과는 이전의 이중 입자 상관 측정과 일치하며, 중심부 Pb–Pb 충돌에서 형성된 쿼크-글루온 플라즈마 내에서 파르톤 에너지 손실을 해석하는 데 뒷받침한다.
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