[论文解读] Measurement of substructure-dependent jet suppression in Pb+Pb collisions at 5.02 TeV with the ATLAS detector

ATLAS Collaboration|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

High-Energy Particle Collisions Research被引用 3

一句话总结

本研究利用ATLAS探测器，在√sNN = 5.02 TeV的Pb+Pb碰撞中测量喷注抑制效应，采用对子结构敏感的喷注去噪技术（即软脱落算法），以探究首次硬分裂的角尺度𝑟g。研究发现，在中心碰撞中，𝑟g值较大的喷注（子结构更宽）的抑制程度是窄喷注的两倍，为夸克-胶子等离子体中基于相干性的喷注淬火提供了直接证据。

ABSTRACT

The ATLAS detector at the Large Hadron Collider has been used to measure jet substructure modification and suppression in Pb+Pb collisions at a nucleon-nucleon center-of-mass energy $\sqrt{s_{_\mathrm{NN}}}=5.02~\mathrm{TeV}$ in comparison with $pp$ collisions at $\sqrt{s}=5.02~\mathrm{TeV}$. The Pb+Pb data, collected in 2018, have an integrated luminosity of $1.72~\mathrm{nb^{-1}}$, while the $pp$ data, collected in 2017, have an integrated luminosity of $260~\mathrm{pb}^{-1}$. Jets used in this analysis are clustered using the anti-$k_{t}$ algorithm with a radius parameter $R=0.4$. The jet constituents, defined by both tracking and calorimeter information, are used to determine the angular scale $r_\mathrm{g}$ of the first hard splitting inside the jet by reclustering them using the Cambridge-Aachen algorithm and employing the soft-drop grooming technique. The nuclear modification factor, $R_\mathrm{AA}$, used to characterize jet suppression in Pb+Pb collisions, is presented differentially in $r_\mathrm{g}$, jet transverse momentum, and in intervals of collision centrality. The $R_\mathrm{AA}$ value is observed to depend significantly on jet $r_\mathrm{g}$. Jets produced with the largest measured $r_\mathrm{g}$ are found to be twice as suppressed as those with the smallest $r_\mathrm{g}$ in central Pb+Pb collisions. The $R_\mathrm{AA}$ values do not exhibit a strong variation with jet $p_\mathrm{T}$ in any of the $r_\mathrm{g}$ intervals. The $r_\mathrm{g}$ and $p_\mathrm{T}$ dependence of jet $R_\mathrm{AA}$ is qualitatively consistent with a picture of jet quenching arising from coherence and provides the most direct evidence in support of this approach.

研究动机与目标

• 研究喷注子结构如何影响重离子碰撞中形成的夸克-胶子等离子体（QGP）内的能量损失。
• 确定喷注抑制是否依赖于其内部辐射模式，特别是首次硬分裂的角尺度。
• 通过测量𝑅AA随𝑟g、喷注𝑝T和碰撞中心度的微分依赖关系，检验喷注淬火的相干性图像。
• 提供实验证据，将喷注子结构与介质内能量损失机制直接关联。

提出的方法

• 使用反𝑘𝑡算法（𝑅 = 0.4）结合追踪与量能器信息重建喷注。
• 通过卡姆布里奇–阿拉切安算法对喷注组成粒子应用软脱落去噪技术，提取首次硬分裂的角尺度𝑟g。
• 通过微分方式计算核修改因子𝑅AA，以量化Pb+Pb碰撞中相对于𝑝𝑝碰撞的抑制效应，变量包括𝑟g、喷注横向动量𝑝T和碰撞中心度。
• 对比2018年采集的1.72 nb⁻¹ Pb+Pb数据与2017年采集的260 pb⁻¹ 𝑝𝑝数据，以分离介质诱导效应。
• 采用微分分析方法，隔离抑制效应与喷注子结构的依赖关系，最大限度减少对初态辐射和非微扰效应的敏感性。

实验结果

研究问题

• RQ1 夸克-胶子等离子体中的喷注抑制是否依赖于由𝑟g表征的喷注子结构？
• RQ2 喷注首次硬分裂的角尺度如何影响抑制因子𝑅AA？
• RQ3 观测到的𝑟g依赖性是否与基于相干性的喷注淬火机制一致？
• RQ4 在不同𝑟g区间内，抑制效应是否随喷注横向动量或碰撞中心度显著变化？

主要发现

• 在中心Pb+Pb碰撞中，𝑟g值最大的喷注的抑制程度约为𝑟g值最小喷注的两倍。
• 核修改因子𝑅AA表现出强烈的𝑟g依赖性，最显著的抑制出现在宽、双喷注结构的喷注中。
• 在任何𝑟g区间内，𝑅AA均未表现出与喷注横向动量𝑝T的显著变化，表明𝑟g依赖性主导了抑制模式。
• 观测到的𝑅AA对𝑟g和𝑝T的依赖关系与喷注淬火的相干性图像定性一致，其中介质诱导的退相干效应增强了宽喷注的能量损失。
• 这是首次通过测量子结构依赖的抑制效应，直接提供实验证据，将喷注子结构与QGP中差异化的能量损失机制联系起来。