[論文レビュー] Measurement of inclusive and leading subjet fragmentation in pp and Pb-Pb collisions at $\sqrt{s_{ m NN}}$ = 5.02 TeV

Acharya, Shreyasi, Adamova, Dagmar+1037 more|arXiv (Cornell University)|Apr 21, 2022

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、LHCのALICE検出器を用いて、√sNN = 5.02 TeVにおけるppおよびPb-Pb衝突における包含的かつ先頭のサブジェットフラグメンテーションの最初の測定を提示する。ジェットクエンチングは、サブジェットが運ぶ横運動量の割合zrを用いて調べられ、Pb-Pbではppと比べて顕著な修正は観測されなかったが、zr < 0.95の領域ではハードニングの傾向と整合的であり、クォーカー・グルーオンプラズマにおけるジェットクエンチング機構およびフラグメンテーション関数の普遍性に関する新たな知見を提供する。

ABSTRACT

This article presents new measurements of the fragmentation properties of jets in both proton-proton (pp) and heavy-ion collisions with the ALICE experiment at the LHC. We report distributions of the fraction $z_r$ of transverse momentum carried by subjets of radius $r$ within jets of radius $R$. Charged-particle jets are reconstructed at midrapidity using the anti-$k_{ m{T}}$ algorithm with jet radius $R=0.4$, and subjets are reconstructed by reclustering the jet constituents using the anti-$k_{ m{T}}$ algorithm with radii $r=0.1$ and $r=0.2$. In pp collisions, we measure both the inclusive and leading subjet distributions. We compare these measurements to perturbative calculations at next-to-leading logarithmic accuracy, which suggest a large impact of threshold resummation and hadronization effects on the $z_r$ distribution. In heavy-ion collisions, we measure the leading subjet distributions, which allow access to a region of harder jet fragmentation than has been probed by previous measurements of jet quenching via hadron fragmentation distributions. The $z_r$ distributions enable extraction of the parton-to-subjet fragmentation function and allow for tests of the universality of jet fragmentation functions in the quark-gluon plasma (QGP). We find no significant modification of $z_r$ distributions in Pb-Pb compared to pp collisions. However, the distributions are also consistent with a hardening trend for $z_r&lt;0.95$, as predicted by several jet quenching models. As $z_r ightarrow 1$ our results indicate that any such hardening effects cease, exposing qualitatively new possibilities to disentangle competing jet quenching mechanisms. By comparing our results to theoretical calculations based on an independent extraction of the parton-to-jet fragmentation function, we find consistency with the universality of jet fragmentation and no indication of factorization breaking in the QGP.

研究の動機と目的

• √sNN = 5.02 TeVにおけるプロトン-プロトンおよびPb-Pb衝突におけるジェットのサブジェットへのフラグメンテーションを測定し、クォーカー・グルーオンプラズマにおけるジェットクエンチングを調べること。
• 有限の半径rを持つサブジェットを用いることで、従来のハドロンベースのフラグメンテーション測定よりも高いzr値に到達し、ハードジェットフラグメンテーションをより正確に探査すること。
• ppおよびPb-Pb衝突におけるパートオン-サブジェットフラグメンテーションの比較を通じて、QGPにおけるジェットフラグメンテーション関数の普遍性を検証すること。
• zr → 1に近い領域におけるzr分布の分析により、クォークとグルーオンのエネルギー損失や因子分解の破れといった競合するジェットクエンチングメカニズムを区別すること。
• 実験的zr分布を次-leading logarithmic精度の摂動的QCD計算と比較し、しきい値の再結合とハドロン化効果の影響を評価すること。

提案手法

• ジェット半径R = 0.4を用いた反-kTアルゴリズムにより、中間ラピディティ領域のcharged-particleジェットを再構築する。
• より小さい半径r = 0.1およびr = 0.2を用いた反-kTアルゴリズムにより、ジェット構成要素を再クラスタリングし、サブジェットフラグメンテーション比zr = pT,subjet / pT,jetを定義する。
• √sNN = 5.02 TeVにおけるppおよびPb-Pb衝突において、包含的および先頭サブジェットのzr分布を測定する。
• 測定されたzr分布を、しきい値再結合およびハドロン化効果を含む次-leading logarithmic精度の摂動的QCD計算と比較する。
• 独立的なパートオン-ジェットフラグメンテーション関数抽出に基づく理論的モデルを用い、QGPにおける普遍性および因子分解の破れを検証する。
• ppおよびPb-Pbデータの比較を通じて、物質誘発の修正を抽出し、異なるzr領域におけるジェットクエンチング効果を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √sNN = 5.02 TeVにおけるPb-Pb衝突とpp衝突との間で、サブジェットフラグメンテーション関数zrはどのように変化するか？
• RQ2 摂動的QCDの予測によると、pp衝突におけるzr分布にしきい値再結合とハドロン化効果がどの程度影響を及ぼすか？
• RQ3 ジェットクエンチングモデルに物質誘発放射が関与する場合に予測されるように、Pb-Pbのzr分布は高zr領域でハードニングの兆候を示すか？
• RQ4 クォーカー・グルーオンプラズマにおけるパートオン-サブジェットフラグメンテーション関数の普遍性は保持されるのか、それとも因子分解の破れの兆候があるのか？
• RQ5 サブジェットベースのzr測定は、特にzr → 1に近い領域で、QGP内におけるクォークとグルーオンのジェットエネルギー損失の相乗的相互作用を解明できるか？

主な発見

• 全zr範囲にわたり、Pb-Pb衝突における先頭サブジェットのzr分布にpp衝突と比べて顕著な修正は観測されなかった。
• zr < 0.95の領域において、Pb-Pbのzr分布は、物質誘発放射を含む複数のジェットクエンチングモデルが予測するハードニング傾向と整合的である。
• zr → 1に近い領域では、ハードニング効果が消失していることがデータから示唆され、高フラグメンテーション割合における主要なジェットクエンチングメカニズムに質的変化が生じている可能性を示している。
• 測定されたzr分布は、QGPにおけるジェットフラグメンテーション関数の普遍性と整合的であり、物質内に因子分解の破れの兆候は示唆されていない。
• パートオン-ジェットフラグメンテーション関数の独立的抽出に基づく理論的計算はデータを再現しており、QGPにおけるフラグメンテーション普遍性の堅牢性を支持している。
• r = 0.1およびr = 0.2のサブジェットを用いることで、従来のハドロンベースのフラグメンテーションよりも高いzr値に到達でき、ハードジェットフラグメンテーションおよびクォーク主導のジェットサンプルに対するより感受性の高いプローブが可能になった。