[논문 리뷰] Understanding the Role of Jet and Underlying Event in p+p and d+Au Collisions from PHENIX at RHIC

J. Jia|arXiv (Cornell University)|2009. 06. 20.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 1인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 고통계 PHENIX RUN8 데이터를 이용해 p+p 및 d+Au 충돌에서 제트와 기초 이벤트(Underlying Event, UE)의 수정을 조사하며, 저-중간 $p_T^{ m sum}$ 에서 제트 쌍 수율에 Cronin 유사한 증가가 관찰되나 제트 형상의 변화는 크지 않음을 밝혀냈다. d+Au에서의 UE 수율은 하나의 p+p 제트 이벤트와 $N_{ m coll}-1$개의 최소 충돌 이벤트의 합을 초월하며, 냉핵물질 내에서의 강한 초기상태 다중산산 효과가 이중하드론 상관관계에서 지배적인 역할을 함을 시사한다.

ABSTRACT

Dihadron azimuthal correlation measurements have revealed striking modifications of the jets by the dense medium created in heavy-ion collisions at RHIC. One important question is to what extent the modification can be attributed to cold nuclear matter effects. In this analysis, we carried out a detailed mapping of the correlation patterns using high-statistics RUN8 d+Au minimum bias data. A striking scaling behavior of the jet pair yields is observed at low and intermediate $p_T$. The jet pair yields are found to be enhanced relative to $N_{ m coll}$ scaled p+p jet pair yields. The nuclear modification factor for jet pair yields, $J_{ m dAu}$, seems to scale with $p_T^{ m sum}$= $p_T^a+p_T^b$ (scaler sum), and shows a characteristic Cronin-like enhancement at $p_T^{ m sum}

연구 동기 및 목표

• RHIC에서의 p+p 및 d+Au 충돌을 연구하여 제트와 기초 이벤트(Underlying Event, UE)에 미치는 냉핵물질 효과를 분리한다.
• 제트 쌍 수율 및 UE의 수정이 최종상태 매질 효과인지 초기상태 핵물질 효과인지 여부를 규명한다.
• 이중 스케일링($N_{\rm coll}$)의 타당성을 검증하고, 핵물질 환경에서 비정상적인 파arton 상호작용을 시사하는 편차를 규명한다.
• d+Au에서 관측된 UE 수율 증가의 기원을 다중 파르톤 상호작용 및 초기상태 산산과 연계하여 조사한다.
• p+A 시스템을 분석함으로써 Au+Au 충돌에서의 제트 끄로우닝과 매질 반응을 해석하기 위한 기초 자료를 제공한다.

제안 방법

• PHENIX RUN8의 최소 충돌 이벤트에서 고통계의 이중하드론 애자이멀 상관측정을 수행하였다.
• 제트 쌍 수율을 $p_T^{\rm sum} = p_T^a + p_T^b$ 로 정의하여 $p_T$ 범위 전반에서의 스케일링 행동을 탐색하였다.
• d+Au 제트 수율을 $N_{\rm coll}$-스케일링된 p+p 수율과 비교하기 위해 핵물질 수정 인자 $J_{\rm dAu}$ 를 계산하였다.
• p+p 및 d+Au에서 제트 피크 아래의 비상관 쌍( pedestal yield)을 분석하여 UE 기여를 고립하였다.
• PYTHIA 튜닝 및 이론 모델(파워 보정, 다중 파르톤 산산, 그림자 효과 포함)과 데이터를 비교하였다.
• d+Au에서의 다중 파르톤 상호작용 기여를 탐색하기 위해 중심도 의존적 UE 스케일링을 사용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 d+Au에서 제트 쌍 수율 증가가 최종상태 매질 효과가 아닌 냉핵물질 효과로 인한 것인가?
• RQ2 d+Au에서의 제트 형상은 유지되는데도 불구하고 수율 증가가 관찰되는 이유는 무엇인가? 이는 강한 제트 끄로우닝이나 분해형 변화가 없음을 시사한다.
• RQ3 d+Au에서의 기초 이벤트 수율은 하나의 p+p 제트 이벤트와 $N_{\rm coll}-1$개의 최소 충돌 p+p 이벤트의 합과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 다중 산산, 파르톤 분포 수정, 에너지 손실 중 어떤 초기상태 효과가 관측된 수율 증가를 가장 잘 설명하는가?
• RQ5 p+p에서의 피드백 수율은 표준 PYTHIA 시뮬레이션으로 설명될 수 있는가, 아니면 비파라메트릭 QCD 효과가 더 중요한가?

주요 결과

• d+Au에서 $p_T^{\rm sum} < 5-7$ GeV/c 범위에서 제트 쌍 수율에 뚜렷한 Cronin 유사 증가가 관찰되었으며, 이는 $J_{\rm dAu}$ 가 $p_T^{\rm sum}$ 와 함께 스케일링됨을 보였다.
• d+Au에서의 제트 형상은 p+p와 유사하게 변화가 크지 않아, 수율 증가가 제트 끄로우닝 또는 분해형 변화의 결과가 아님을 시사한다.
• d+Au에서의 피드백 수율은 하나의 p+p 제트 이벤트와 $N_{\rm coll}-1$개의 최소 충돌 p+p 이벤트의 합을 초월하며, 다중 파르톤 상호작용에 의한 비가산적 기여를 시사한다.
• p+p에서의 피드백 수율은 표준 PYTHIA 튜닝으로 예측된 것보다 크며, 이는 p+p 충돌에서 비파라메트릭 UE 모델링의 한계를 시사한다.
• 냉핵물질 에너지 손실만으로는 데이터를 설명할 수 없으며, 이는 고-$p_T$ 수율이 억제되지 않았기 때문이다.
• 형상 왜곡이 없고 UE 수율의 스케일링 행동이 관찰됨을 고려할 때, 초기상태 다중산산 효과가 관측된 수율 증가의 주요 메커니즘이라고 보는 것이 타당하다.