[論文レビュー] High-pT Neutral Pion Production in Heavy Ion Collisions at SPS and RHIC

K. Reygers|arXiv (Cornell University)|Feb 15, 2002

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、SPS（√sNN = 17.3 GeV）における中央部 Pb+Pb 衝突およびRHIC（√sNN = 130 GeV）における Au+Au 衝突において、高横運動量の中性π中間子生成を測定し、Ncoll でスケーリングされた nucleon-nucleon 参照と比較した。SPS では Cronin 的な増幅が観測されたが、RHIC では顕著な抑制（RAA < 1）が観測され、これはクォーク-グルーオンプラズマにおけるジェット遮断と整合する顕著なパートンエネルギー損失を示している。

ABSTRACT

Transverse momentum spectra for neutral pions have been measured by the WA98 experiment in sqrt{s_{nn}}=17.3 GeV Pb+Pb collisions at the CERN SPS and by the PHENIX experiment in sqrt{s_{nn}}=130 GeV Au+Au collisions at RHIC. The neutral pion yields in central collisions for both reaction systems are compared to scaled transverse momentum spectra for nucleon-nucleon reactions at the respective energy. At SPS energies neutral pion production at high $p_T$ is enhanced compared to the n+n reference while at RHIC a significant suppression of high-pT neutral pions is observed.

研究の動機と目的

• 異なるエネルギーにおける重イオン衝突における高横運動量粒子生成の挙動を理解し、クォーク-グルーオンプラズマの形成を探る。
• 中央部 Pb+Pb（SPS）および Au+Au（RHIC）衝突における中性π中間子の横運動量スペクトルを測定し、核物質効果を評価する。
• 観測された生成断面積を Ncoll でスケーリングした nucleon-nucleon 参照と比較し、パートンエネルギー損失のような物質誘発効果を分離する。
• 核物質修正係数 RAA を用いて二項スケーリングからの逸脱を定量化し、ジェット遮断の存在を推論する。
• 中間物質効果を含まない標準的 pQCD 計算と、パートンエネルギー損失を含む計算を実験データと比較し、中間物質効果の役割を評価する。

提案手法

• SPS では WA98 ルジウムガラス検出器を用い、RHIC では PHENIX 電磁カルシウム検出器を用いて二光子崩壊による中性π中間子スペクトルを再構築する。
• Glauber モデルフレームワークを用いて、中央部 A+A 中間子生成断面積を非弾性 nucleon-nucleon 行き違い数（Ncoll）で正規化する。
• 核物質修正係数 RAA = [E d³N/dp³(AA)/Ncoll] / [E d³N/dp³(nn)] を定義し、A+A 生成断面積を n+n 参照と比較する。
• SPS および RHIC の両エネルギーにおいて、既存データの補間に基づいてパラメータ化された n+n スペクトルをベースライン参照として用いる。
• 実験的 RAA 値を、パートンエネルギー損失を含む・含まない pQCD 計算と比較し、中間物質効果を評価する。
• 統計的精度および系誤差推定の向上のため、PHENIX の PbGl および PbSc 検出器の結果を平均化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SPS における中央部 Pb+Pb 衝突（√sNN = 17.3 GeV）における高pT中性π中間子生成は、Ncoll スケーリングされた n+n 参照と比べてどのように異なるか？
• RQ2 RHIC における高pT中性π中間子の核物質修正係数 RAA は、SPS のエネルギーと比べてどのように振る舞うか？
• RQ3 RHIC で観測された RAA は、クォーク-グルーオンプラズマ内でのジェット遮断に一致するパートンエネルギー損失を示唆するか？
• RQ4 標準的 pQCD 計算で中間物質効果を含めない場合、データを記述できるか、それともパートンエネルギー損失が必要か？
• RQ5 SPS および RHIC における外縁 A+A 衝突と n+n 衝突の間で、π中間子スペクトルの形状はどのように変化するか？

主な発見

• SPS におけるエネルギー（√sNN = 17.3 GeV）では、高pT中性π中間子の RAA が pT に従って増加し、Ncoll スケーリングを上回る Cronin 的な増幅を示している。
• RHIC におけるエネルギー（√sNN = 130 GeV）では、全 pT 範囲にわたり RAA が著しく 1 よりも小さいことから、高pT中性π中間子の顕著な抑制が示されている。
• RHIC における抑制は、パートンエネルギー損失を含まない標準的 pQCD 計算とは整合せず、それらはデータを著しく過大評価している。
• pQCD 計算にパートンエネルギー損失パラメータ（dE/dX ≈ 0.25 GeV/fm）を組み込むことで、RHIC のデータをうまく再現でき、密度の高い物質内でのジェット遮断を示唆している。
• SPS における外縁 A+A 衝突のπ中間子スペクトルは、n+n 参照とは顕著に異なり、初期状態効果を示しているが、RHIC では外縁スペクトルは n+n 参照とよく一致している。
• Ncoll および n+n 参照に関する系統的誤差は小さいため、SPS における増幅および RHIC における抑制の結果は、信頼性が保証されている。