[논문 리뷰] $Z^0$ boson associated b-jet production in high-energy nuclear collisions

Sa Wang, Wei Dai외 2명|arXiv (Cornell University)|2020. 05. 14.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 수소역학 배경을 가진 몽테카를로 운동 모델을 사용하여 Pb+Pb 충돌에서 Z⁰ 보손 태그된 b-제트 생성에 대한 최초의 이론적 조사 결과를 제시한다. b-제트는 경량 쿼크 제트보다 약한 원형 각도 상관성 억제와 더 큰 핵성 수정 인자(I_{AA})를 보이며, 쿼크-글루온 플라즈마에서 질량 효과로 인한 에너지 손실 감소를 시사하여 제트 끄로우잉 질량 계열을 위한 깔끔한 탐사 수 Mittel이다.

ABSTRACT

The production of vector boson tagged heavy quark jets potentially provides new tools to probe the jet quenching effect. In this paper, we present the first theoretical study on the angular correlations ($Δϕ_{bZ}$), transverse momentum imbalance ($x_{bZ}$), and nuclear modification factor ($I_{AA}$) of $Z^0$ boson tagged b-jets in heavy-ion collisions, which was performed using a Monte Carlo transport model. We find that the medium modification of the $Δϕ_{bZ}$ for $Z^0\,+\,$b-jet has a weaker dependence on $Δϕ_{bZ}$ than that for $Z^0\,+\,$jet, and the modification patterns are sensitive to the initial jet $p_T$ distribution. Additionally, with the high purity of the quark jet in $Z^0\,+\,$(b-)jet production, we calculate the momentum imbalance $x_{bZ}$ and the nuclear modification factor $I_{AA}$ of $Z^0\,+\,$b-jet in Pb+Pb collisions. We observe a smaller $Δ\left\langle x_{jZ} ight angle$ and larger $I_{AA}$ of $Z^0\,+\,$b-jet in Pb+Pb collisions relative to those of $Z^0\,+\,$jet, which may be an indication of the mass effect of jet quenching and can be tested in future measurements.

연구 동기 및 목표

• 제트 끄로우잉을 위한 탐사 수 Mittel로 Z⁰ 태그된 b-제트의 매질 수정을 조사하기 위해.
• 에너지 손실에 대한 질량 효과를 분리하기 위해 Z⁰+제트 및 Z⁰+b-제트 시스템의 매질 내 행동을 비교하기 위해.
• 중앙부 Pb+Pb 충돌에서의 각도 상관(Δϕ_{bZ}) 및 운동량 불균형(x_{bZ})과 핵성 수정 인자(I_{AA})를 분석하기 위해. √s_{NN} = 5.02 TeV 조건에서.
• Z⁰ 보손을 통한 고순도 쿼크-제트 태깅을 활용하여 향후 LHC 측정에 대한 검증 가능한 예측을 제공하기 위해.
• 경량 및 무거운 쿼크 제트 간의 억제 패atters를 비교하여 제트 끄로우잉 질량 계열의 해결되지 않은 수수께끼를 명확히 하기 위해.

제안 방법

• QGP 내에서 탄성 및 비탄성 제트-매질 상호작용을 포함한 몽테카를로 운동 모델을 사용하여 QGP 내 제트 진화를 시뮬레이션하기 위해.
• Z⁰+b-제트 생성의 p+p 기준선을 생성하기 위해 NLO+PS 이벤트 생성기 SHERPA를 사용하였으며, CMS 데이터와의 일치를 검증함.
• √s_{NN} = 5.02 TeV 조건에서 0–10% 중앙부 Pb+Pb 충돌에서 Z⁰+제트 및 Z⁰+b-제트 생성을 시뮬레이션함.
• 제트-매질 상호작용을 탐사하기 위해 원형 각도 상관 Δϕ_{bZ} 및 운동량 불균형 x_{bZ}를 계산함.
• 매질 유도 억제의 정도를 정량화하기 위해 핵성 수정 인자 I_{AA}를 계산함.
• 매질 수정의 특성과 初기 제트 p_T 분포 및 Z⁰ 보손의 횡방향 운동량에 대한 의존성을 분석함.

Figure 2: Differential cross section of $Z^{0}\,+\,$ b-jet simulated by SHERPA (blue line) in the p+p collision at $\sqrt{s}=8$ TeV as a function of transverse momentum of the highest- $p_{T}$ b-jet (upper panel) and the transverse momentum of the $Z^{0}$ boson (bottom panel) compared with the CMS d

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Z⁰+b-제트에서의 매질 수정 Δϕ_{bZ}는 Z⁰+제트와 비교해 어떻게 다른가? 이는 제트-매질 상호작용에 대해 무엇을 드러내는가?
• RQ2 제트의 초기 p_T 분포가 각도 상관에서 관측된 매질 수정 패턴에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ3 Z⁰+b-제트 시스템은 Z⁰+제트보다 더 작은 I_{AA}를 보이며, 이는 b-쿼크 질량으로 인한 에너지 손실 감소를 의미하는가?
• RQ4 운동량 불균형 x_{bZ}는 경량 및 무거운 쿼크 제트 끄로우잉을 구별하는 민감한 관측 가능량이 될 수 있는가?
• RQ5 Z⁰+b-제트와 Z⁰+제트의 억제 패턴 사이에 측정 가능한 차이가 존재하는가? 이는 제트 끄로우잉 질량 효과를 확인하는 데 기여하는가?

주요 결과

• b-태깅으로 인해 다중 제트 기여가 억제됨에 따라, Z⁰+b-제트에서 Δϕ_{bZ}의 억제는 Z⁰+제트보다 원형 각도에 대한 의존성이 더 약함.
• p+p 충돌에서 제트의 初기 p_T 분포는 Pb+Pb 충돌에서 Δϕ_{bZ}의 매질 수정 패턴에 강력한 영향을 미침.
• 운동량 불균형 x_{bZ}는 Z⁰+jets보다 Z⁰+b-jets에서 더 큰 이동을 보이며, 이는 경량 쿼크 제트에서 더 강한 에너지 손실을 의미함.
• 모든 p_T 영역에서 Z⁰+jets의 I_{AA}는 Z⁰+b-jets보다 작으며, 이는 b-제트에서 억제가 덜 일어남을 확인함.
• 고Z⁰ p_T 영역(80–120 GeV)에서, 낮은 제트 p_T 영역에서 Z⁰+jets의 I_{AA}는 교차단면의 급격한 기울기와 매질 내 p_T 이동으로 인해 1을 초과함.
• 결과는 제트 끄로우잉에서 질량 효과 존재를 지지하며, b-제트가 경량 쿼크 제트보다 더 적은 에너지를 잃는 것으로 나타나 최근 ATLAS 측정 결과와 일치함.

Figure 3: Differential cross section of $Z^{0}\,+\,$ b-jet simulated by SHERPA (blue line) in the p+p collision at $\sqrt{s}=8$ TeV as a function of azimuthal angular difference $\Delta\phi_{bZ}=|\phi_{b}-\phi_{Z}|$ of $Z^{0}$ boson and b-jet (upper panel) and the azimuthal angular difference $\Delt