[論文レビュー] Azimuthal Jet Tomography of Quark Gluon Plasmas at RHIC and LHC

Barbara Betz, Miklós Gyulassy|arXiv (Cornell University)|May 28, 2013

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 9

ひとこと要約

本稿は、RHICおよびLHCのデータから得られる方位角および横運動量に依存する核反発係数 $ R_{AA}(p_T,\phi) $ を用いて、クォーク- gluon プラズマにおけるジェットクエンチングを調査する。ジェットエネルギー損失のモデル（走行結合QCD、AdS/CFTにインspiredされたもの、$ T_c $-支配的）を横方向に膨張するQGP背景と組み合わせて比較し、RHICおよびLHCの両方のデータを過剰予測せずに一貫して記述できるのは走行結合QCDモデルに限ることを明らかにした。

ABSTRACT

Recent data on the azimuthal and transverse momentum dependence of high-pT>10 GeV pion nuclear modification factors in nuclear collisions at RHIC/BNL and LHC/CERN are analyzed in terms of a wide class of jet-energy loss models and a variety of transverse expanding collective flow backgrounds. RHIC data at 200 AGeV are found to be surprisingly consistent with rather different dE/dx models when coupled to recent 2+1D minimally viscous QGP flow field predictions. However, extrapolations to LHC, with parameters fixed at RHIC, favor running coupling QCD based energy-loss models over fixed coupling QCD, conformal AdS holography, or Tc-dominated jet-energy loss models that tend to overpredict jet quenching at the LHC.

研究の動機と目的

• 最近のPHENIXデータの解釈が、AdS/CFTにインspiredされたジェットエネルギー損失モデルがQCDベースのモデルよりもRHICデータをよりよく説明しているという主張の妥当性を検証すること。
• LHCデータの分析を拡張し、エネルギースケールを越えたジェットクエンチングモデルの対比的評価を可能にすること。
• 実際の横方向に膨張するQGPフロー場と結合したさまざまな $ dE/dx $ モデル（摂動的QCD、AdS/CFT、$ T_c $-支配的）の整合性を評価すること。
• 1つのモデルが、実験的不確実性の範囲内で、RHICおよびLHCの両方の $ R_{AA}(p_T,\phi) $ データを定量的に記述できるかどうかを特定すること。
• 現在のホログラフィックおよび非摂動的エネルギー損失モデルが、RHICからLHCの条件へ外挿する際に示す限界を特定すること。

提案手法

• ジェットエネルギー $ E $、経路長 $ x $、局所温度 $ T $ に依存するエネルギー損失 $ dE/dx $ をパラメトリックモデルで記述し、$ dE/dx = C_r \kappa(T) P^a \tau^b T^c $ とする。
• 2+1次元の最小粘性QGPフロー背景（VISH2+1、RL Hydro、横方向のブレースト波モデル）を用いて、横方向および縦方向の膨張を模擬する。
• RHICの1点（$ p_T = 7.5 $ GeV、0–5%中央部のAu+Au衝突、$ R_{AA} = 0.20 $）のデータにジェット-媒体結合 $ \kappa $ をフィットし、LHCへの外挿には再フィットを行わない。
• エネルギー損失経路積分を用いて $ R_{AA}^{in/out} $ を計算し、初期運動量 $ P_0 $ と最終運動量 $ P_f $ の関係を $ P_0 = \left[ P_f^{1-a} + \int K(T) \tau^b T^c d\tau \right]^{1/(1-a)} $ で与える。ここで $ K(T) = (1-a)C_r\kappa(T) $ である。
• 走行結合QCD（QCD1）、AdS/CFTにインスパイアされた $ dE/dx \propto \kappa x^2 T^4 $、$ T \sim 170 $ MeV 付近で $ \kappa $ が増幅する $ T_c $-支配的エネルギー損失（SLTc）のモデルをテストする。
• PHENIX（RHIC）およびALICE/CMS/ATLAS（LHC）の実験的 $ R_{AA}(p_T,\phi) $ データ（0–5%および20–30%の中央度のチャンク）と予測を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 固定された $ \kappa $ を用いたAdS/CFTにインスパイアされたジェットエネルギー損失モデルが、RHICデータにフィットした後、調整なしにLHCの $ R_{AA} $ データを正確に記述できるか？
• RQ2 $ T \sim 170 $ MeV 付近で $ \kappa $ が増幅する $ T_c $-支配的エネルギー損失モデル（SLTc）が、固定された $ \kappa $ でRHICから外挿した場合、RHICおよびLHCの両方のデータを一貫して記述できるか？
• RQ3 走行結合QCD、AdS/CFT、SLTc のうち、どの $ dE/dx $ モデルが、RHICおよびLHCの両方の $ p_T $ および $ \phi $ 依存性を最もよく記述するか？
• RQ4 QGPフロー背景（VISH2+1、RL Hydro、ブレースト波）の選択にどれほど感度があるか？
• RQ5 すべてのモデルが、中間領域 $ 2 < p_T < 8 $ GeV で $ R_{AA} $ を低予測する理由は何か？これはジェットクエンチング理論にどのような意味を持つのか？

主な発見

• 200 AGeVのRHICデータは、現代の2+1次元最小粘性QGPフロー場と組み合わせた場合、広い範囲の $ dE/dx $ モデルと整合的である。
• 固定された $ \kappa $ を用いたAdS/CFTにインスパイアされたモデルは、RHICデータにフィットした後、LHCエネルギーでのジェットクエンチングを過剰に予測する。LHCデータに適合させるには $ \kappa $ を2倍小さくする必要があり、これは共形不変性を破る。
• $ T \sim 170 $ MeV で $ \kappa_c = 3\kappa_Q $ と増幅する $ T_c $-支配的SLTcモデルも、固定された $ \kappa $ でRHICから外挿した場合、LHCのクエンチングを過剰に予測する。
• 走行結合QCDモデル（QCD1）で $ \kappa_c = \kappa_Q $ を用いることで、現在の実験的不確実性の範囲内で、RHICおよびLHCの両方の $ R_{AA}(p_T,\phi) $ データを一貫して記述できる。
• すべてのモデルが中間領域 $ 2 < p_T < 8 $ GeV で $ R_{AA} $ を低予測するため、QGPの中間領域における非平衡的ジェットクエンチングを記述する理論的課題が顕在化している。
• RHICおよびLHCのジェットトモグラフィーの整合性を達成するには、現在のホログラフィックモデルを非共形変形および動的ストリング初期条件を含む一般化が必要となる。