[논문 리뷰] Hard scattering cross sections at LHC in the Glauber approach: from pp to pA and AA collisions

D. d’Enterria|ArXiv.org|2003. 02. 14.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 40

한 줄 요약

이 논문은 LHC 에너지에서 p+Pb 및 Pb+Pb 충돌에서 경량 산란 단면적을 예측하기 위해 Glauber 다중산란 모델을 적용하며, pp 충돌에 대한 비변하지만의 수확량에 대한 척도 법칙을 유도한다. 핵 효과가 없을 경우, 경량 과정 수확량은 pA의 경우 A에 비례하고, AA의 경우 AB에 제곱비례하며, Pb+Pb의 경우 √sNN = 5.5 TeV, p+Pb의 경우 8.8 TeV에서 몽테카를로 시뮬레이션을 통해 핵 두께 함수를 이용해 명시적인 수치적 추정치를 제공한다.

ABSTRACT

The scaling rules of the invariant yields and cross sections for hard scattering processes in proton-nucleus ($pA$) and nucleus-nucleus ($AB$) reactions at LHC energies relative to those of nucleon-nucleon $NN$ (isospin averaged $pp$) collisions are reviewed within the Glauber geometrical formalism. The number of binary inelastic collisions for different centrality classes in p+Pb and Pb+Pb collisions at $\sqrt{s_{NN}}$ = 8.8 TeV and 5.5 TeV respectively, as obtained from a Glauber Monte Carlo, are also given.

연구 동기 및 목표

• Glauber 형식을 사용하여 pp에 대한 pA 및 AA 충돌에서의 경량 산란 단면적의 척도 법칙을 도출하기 위해.
• 비일관된 이중 NN 충돌을 가정할 때 p+Pb 및 Pb+Pb 충돌에서 경량 탐지기 수확량의 예상 증가를 정량화하기 위해.
• LHC 에너지에서 p+Pb 및 Pb+Pb의 평균 핵 두께 함수와 비탄성 NN 충돌 수에 대한 수치적 추정치를 제공하기 위해.
• 실험 데이터를 Glauber 모델과 비교하기 위한 기준을 설정하고, 그림자 효과나 에너지 손실과 같은 핵 효과로 인한 이심을 식별하기 위해.

제안 방법

• 핵 두께 함수 TA(b) 및 겹침 함수 TAB(b)를 사용하여 총 비탄성 단면적을 계산하기 위해 eikonal Glauber 모델을 사용한다.
• Glauber 공식의 1차 근사를 적용하여, pA 충돌의 경우 ∫d²b σNN^hard · T_A(b), AA 충돌의 경우 ∫d²b σNN^hard · TAB(b)로 경량 산란 단면적을 도출한다.
• R_A = 1.19·A^{1/3} - 1.61·A^{-1/3} fm 및 표면 두께 a = 0.54 fm를 사용하여 핵 밀도에 대해 Woods-Saxon 매개변수화를 적용하며, ∫d²b TA(b) = A로 정규화한다.
• √sNN = 8.8 TeV 및 5.5 TeV에서 p+Pb 및 Pb+Pb의 중심도 의존성 핵 두께 함수 및 비탄성 NN 충돌 수를 계산하기 위해 몽테카를로 시뮬레이션을 수행한다.
• ⟨T_A,AB⟩ 및 ⟨N_coll⟩을 핵심 요소로 사용하여 중심도 범주에서의 비변하지만의 수확량, 단면적 및 사건 빈도의 척도 관계를 도출한다.
• 이론적 예측을 실험 관측치와 비교하며, Cronin 강화 또는 억제와 같은 비-Glauber 효과를 나타내는 이심을 강조한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Glauber 모델 하에서 pA 및 AA 충돌에서의 경량 산란 단면적은 시스템 크기 A 및 AB에 따라 어떻게 척도가 되는가?
• RQ2 핵 매질 효과가 없는 가정 하에, LHC 에너지에서 p+Pb 및 Pb+Pb 충돌의 최소비bias 경량 탐지기 수확량은 예상되는가?
• RQ3 p+Pb 및 Pb+Pb 충돌의 다양한 중심도 범주에서 평균 핵 두께 함수 ⟨T_Pb⟩ 및 ⟨T_PbPb⟩는 어떻게 비교되는가?
• RQ4 고속도 입자 생성에 대한 실험 데이터는 Glauber 모델이 예측하는 A^1 및 A^2 척도와 얼마나 다를까?
• RQ5 초기 및 최종 상태 핵 효과는 단순한 Glauber 척도에 의해 영향을 받는 경량 과정 수확량을 어떻게 수정하는가?

주요 결과

• p+Pb 충돌에서 최소비bias 경량 산란 단면적은 A에 비례하며, (σ_pA^hard)_MB ≈ A · σ_NN^hard로 나타난다.
• √sNN = 5.5 TeV에서 Pb+Pb 충돌의 경우 평균 핵 두께 함수는 ⟨T_Pb⟩_MB ≈ 0.96 fm⁻²이며, 이는 기하학적 단면적 σ_pPb^geo ≈ 2162 mb에 해당한다.
• √sNN = 8.8 TeV에서 p+Pb 충돌의 경우, 핵 효과가 없을 경우 비변하지만의 수확량은 pp 충돌보다 약 7.4배 높을 것으로 예상된다.
• 최소비bias p+Pb 충돌에서 비탄성 NN 충돌 수는 Glauber 몽테카를로 시뮬레이션 기반으로 ⟨N_coll⟩ ≈ 10.4로 추정된다.
• 모델은 핵 효과가 없을 경우 pA 충돌에서 ∝ A^1 척도, AA 충돌에서 ∝ A^2 척도를 예측하지만, 실험 데이터는 α ≠ 1을 보이며, 이는 초기 또는 최종 상태 효과로 인한 이심을 시사한다.
• 실험 데이터에서 A^1 및 A^2 척도에서의 이심—예를 들어 α > 1 (Cronin 효과) 또는 α < 1 (억제)—는 비일관된 Glauber 모델이 포괄하지 못한 핵 매질 효과의 존재를 시사한다.