[논문 리뷰] Fluctuations and the rapidity dependence of charged particles spectra in fixed centrality bins in p$A$ collisions

Larry McLerran, Michał Praszałowicz|arXiv (Cornell University)|2015. 07. 21.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 4

한 줄 요약

논문은 LHC에서의 p$A$ 충돌에서의 빠르기 의존성 있는 양전자 입자 스펙트럼을 설명하기 위해 양자색역학 조건화 상태(CGC) 비선형 진화 방정식에 기반한 분포를 활용하여 양성자의 포화 운동량의 변동성이 기여한다고 제안한다. 이 모델은 ATLAS 및 ALICE 데이터와 뛰어난 일치를 보이며, 특히 중간 빠르기 영역에서 높은 정확도를 보이며, 이는 양성자와 핵의 포화 척도가 모두 변동함으로써 관측 가능한 다중도 변화가 발생할 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

We argue that large fluctuations in the saturation momentum are necessary to explain the ATLAS and ALICE data on pA collisions measured at the LHC. Using a form for the distribution of fluctuations motivated by theoretical studies of the non-linear evolution equations for the Color Glass Condensate, we find a remarkably good agreement between theory and the measured distributions. If the saturation momentum fluctuates, we argue that the cross section for a proton probe should also fluctuate, consistent with previous observations. Finally we discuss these results and their possible consistency with what is known about multiplicity fluctuations in such collisions, and attempts to describe the ridge effect from properties of the initial state.

연구 동기 및 목표

• LHC에서의 p$A$ 충돌에서 이론 모델과 실험 데이터 간의 괴리 문제를 해결하기 위해.
• 고정된 중심도 범위에서 관측된 입자 다중도의 빠르기 의존성에 대해, 양성자의 포화 운동량의 변동성이 기여할 수 있는지 조사하기 위해.
• CGC 기반 모델에 부합하는 바탕으로, 양성자의 단면적 변동이 포화 척도의 변동으로 인해 발생할 수 있는가를 검증하기 위해.
• p$A$ 충돌에서의 관측 가능한 다중도 분포와 포화 척도 변동을 연결하는 현상학적 프레임워크를 제공하기 위해.

제안 방법

• 양성자의 포화 운동량 $Q_s$가 변동함으로써, $\sigma \propto \ln^2(Q_s^2 / \Lambda^2)$에 따라 양성자의 단면적도 변동된다고 가정한다.
• 비선형 CGC 진화 방정식과 통계역학 유사성에 기반한 $\ln Q_s^2$의 변동 분포를 사용한다.
• 기하 스케일링과 중간 빠르기 우세성 가정 하에 변동하는 포화 운동량을 적용하여 p$A$ 충돌에서의 음성입자 빠르기 분포를 계산한다.
• 결과로 도출된 입자 스펙트럼을 고정 중심도 범위에서 ATLAS 및 ALICE 데이터와 비교하며, 주로 $2 < \eta < 2.7$ 영역에 집중한다.
• 평균 다중도가 부정적 이항분포(NBD)를 따른다는 모델을 도입하며, 이는 글라스마 기반 모델과 일치한다.
• 큰-$y$ 감쇠 효과와 국소 핵 구조 효과는 무시하고, 중간 빠르기 영역의 신뢰성에 집중한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LHC에서의 p$A$ 충돌에서 관측된 빠르기 의존성 있는 음성입자 스펙트럼을 변동하는 양성자 포화 운동량이 설명할 수 있는가?
• RQ2 포화 척도의 변동이 p$A$ 충돌에서 단면적과 다중도 분포에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 관측된 데이터는 변동하는 $Q_s$ 모델과 일치하는가? 그리고 기존의 표준 CGC 또는 상처 입은 중성자 모델보다 우월한가?
• RQ4 이러한 변동의 에너지 의존성과 빠르기 행동은 어떠한가? 기하 스케일링에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 관측된 다중도 변동은 양성자의 구조함수 밀도 및 제트 생성 확률의 변화와 연결될 수 있는가?

주요 결과

• 변동하는 양성자 포화 운동량 모델은 고정 중심도 범위에서 ATLAS 및 ALICE의 음성입자 스펙트럼 데이터와 놀라울 정도로 뛰어난 일치를 보인다.
• 변동 분포의 $\ln Q_s^2$ 폭은 최근 분석의 1.5배 이상을 초과하여, 양성자의 포화 척도에 상당한 변동이 있음을 시사한다.
• $Q_s$의 변동은 Glauber-Gribov 접근법을 사용한 ATLAS 중심도 분석에서 사용되는 것과 일치하는 양성자의 단면적 변동을 초래한다.
• 모델은 특히 중간 빠르기 영역($2 < \eta < 2.7$)에서 다중도의 빠르기 의존성을 성공적으로 설명하며, 이 영역에서 큰 변동이 요구된다는 점에서 데이터와의 일치가 뚜렷하다.
• 변동이 주로 빠르기 의존적이지 않기 때문에, 깊은 비탄성 산란에서의 확산 스케일링 부재와 일치한다.
• 모델은 양성자의 구조함수 밀도가 다중도에 따라 변동함을 시사하며, 이는 다중도가 높은 사건들이 높은 밀도 영역을 탐색함을 의미한다.