[論文レビュー] EMC effect and jet energy loss in relativistic deuteron-nucleus collisions

B. Cole, G. G. Barnaföldi+3 more|ArXiv.org|Feb 9, 2007

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、RHICにおける相対論的デュテロンゴールド（dAu）衝突における高運動量スピン（$p_T \gtrsim 10$ GeV/c）$π^0$生成の抑制が、核子の一部子分布関数（PDF）におけるEMC効果によって説明できるかどうかを調査している。pQCD改良型部分子モデルを用い、HKN、EKS、HIJINGを含む複数の核PDFパラメータ化を用いるが、EMC効果だけでは観測された$R_{dAu}$の抑制を説明できないことが判明した。しかし、やや小さい最終状態のジェットエネルギー損失（$L/\lambda = 1$）を組み込むと理論的乖離が小さくなり、ジェットクエンチングがdAu系でも役割を果たす可能性があることが示唆された。

ABSTRACT

We investigate the influence of modified nuclear parton distribution functions (PDFs) on high-pT hadron production at RHIC and LHC energies using a pQCD-improved parton model. For application at RHIC, we focus on the possible contribution of the EMC modification of the nuclear PDFs in the x > 0.3 region to the observed suppression of pi0 production at pT > 10 GeV/c in dAu collisions. We study three different parameterizations of the nuclear PDF modifications and find that they give consistent results for R_dAu(pT) for neutral pions in the region 10 GeV/c < pT < 20 GeV/c. We find that the EMC suppression of the parton distributions in the Au nucleus does not strongly influence the R_dAu for pi0 in the pT region where the suppression is observed. Using the HKN parameterization, we evaluate systematic errors in the theoretical R_dAu(pT) resulting from uncertainties in the nuclear PDFs. The measured nuclear modification factor is inconsistent with the pQCD model result for pT > 10 GeV/c even when the systematic uncertainties in the nuclear PDFs are accounted for. The inclusion of a small final-state energy loss can reduce the discrepancy with the data, but we cannot perfectly reproduce the pT dependence of the measured R_dAu(pT). For the LHC, we find that shadowing of the nuclear PDFs produces a large suppression in the yield of hadrons with pT < 100 GeV/c in p(d)A collisions.

研究の動機と目的

• RHICにおけるdAu衝突における高-$p_T$ $π^0$生成の抑制が、核PDFにおけるEMC効果によって説明できるかどうかを評価すること。
• HKN、EKS、HIJINGを含む異なる核PDFパラメータ化が、核修飾因子$R_{dAu}$に与える影響を評価すること。
• 最終状態のジェットエネルギー損失が、理論的予測と実験データの間の乖離を是正できるかどうかを特定すること。
• LHCエネルギーにおける$dPb$衝突への分析を拡張し、シャドウイング領域およびEMC領域における$R_{dAu}$の振る舞いを予測すること。
• HKNパラメータ化を用いて、核PDFの不確実性による$R_{dAu}$の系統的不確実性を定量化すること。

提案手法

• pQCD改良型部分子モデルを用い、核PDF、摂動的断面積、フラグメンテーション関数の畳み込みにより、dAu衝突における高-$p_T$ハドロン生成を計算する。
• HKN、EKS、HIJINGの3つの核PDFパラメータ化を用い、$p_T \lesssim 70$ GeV/cの範囲で結果の頑健性を評価する。
• HKN PDFを用いて$R_{dAu}$の系統的誤差を評価し、核部分子分布の不確実性を組み込む。
• パラメータ$L$（物質の長さ）と$\lambda$（平均自由行程）を有する現象論的モデルを用い、最終状態のジェットエネルギー損失を組み込む。$L/\lambda$を調整してデータに適合させる。
• LHCの$dPb$衝突（$\sqrt{s_{NN}} = 900$ GeVおよび$8.8$ TeV）への計算を拡張し、シャドウイングおよびエネルギー損失効果のエネルギー依存性を検討する。
• 測定された$dN_{ch}/dy$と横断面積を用い、部分子密度を推定し、dAuとAuAu系におけるジェットクエンチングの比較を行う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 核PDFにおけるEMC効果だけが、RHICにおけるdAu衝突で観測された$p_T \gtrsim 10$ GeV/cの$\pi^0$生成の抑制を説明できるか？
• RQ2 HKN、EKS、HIJINGを含む異なる核PDFパラメータ化が、$p_T \sim 10-20$ GeV/cの範囲における理論的$R_{dAu}$予測にどのように影響を与えるか？
• RQ3 最終状態のジェットエネルギー損失をどの程度組み込むと、理論的$R_{dAu}$と実験データの乖離を低減できるか？
• RQ4 LHCエネルギー下で、EMC効果の谷（dip）の位置と大きさは、衝突エネルギーの上昇に伴いどのように変化するか？
• RQ5 LHCエネルギー下で、核シャドウイングとジェットエネルギー損失のどちらが$R_{dAu}$の形状に相対的に重要か？

主な発見

• HKN PDFの不確実性を考慮しても、$p_T \sim 10-20$ GeV/cの範囲で、核PDFにおけるEMC効果は$R_{dAu}$の有意な抑制をもたらさない。
• HKN、EKS、HIJINGのPDFパラメータ化を用いた理論的$R_{dAu}$値は、$p_T \sim 10-20$ GeV/c領域で一貫しており、結果の頑健性が示された。
• 核PDFの系統的不確実性を含めても、$p_T \gtrsim 10$ GeV/cで理論的結果と実験データの間には不一致が残っている。
• やや小さい最終状態エネルギー損失（$L/\lambda = 1$）を組み込むと、データとの乖離は小さくなるが、測定された$R_{dAu}$の$p_T$依存性を完全には再現できない。
• LHCエネルギー下では、$dPb$衝突において$p_T \lesssim 100$ GeV/cでシャドウイングが抑制を支配し、エネルギー上昇に伴いEMC谷がより高い$p_T$にシフトする。
• LHCエネルギー下では、$p_T \lesssim 10$ GeV/cでジェットエネルギー損失効果が顕著であり、$L/\lambda = 3.0$（$\lambda$が小さい）ではこの領域での$R_{dAu}$が顕著に減少する。