[论文解读] Measurement of the Shared Momentum Fraction $z_g$ using Jet Reconstruction in p+p and Au+Au Collisions with STAR

K. Kauder|arXiv (Cornell University)|Mar 31, 2017

High-Energy Particle Collisions Research被引用 4

一句话总结

该论文首次利用STAR实验在$√s_{NN}$=200 GeV的p+p和Au+Au碰撞中，通过SoftDrop滤波测量了共享动量分数$z_g$。研究发现，在Au+Au中，与p+p参考相比，二喷胶对的触发端或反冲端的$z_g$均无显著变化，表明尽管硬核喷胶存在强烈的动量不平衡，喷胶分裂动力学仍保持与真空类似的行为。

ABSTRACT

One key difference in current energy loss models lies in the treatment of the Altarelli-Parisi, AP, splitting functions. It has been shown that the shared momentum fraction, henceforth called Jet Splitting Function $z_g$ as determined by the SoftDrop grooming process can be made a Sudakov-safe measurement of the symmetrized AP functions in p+p collisions. The STAR collaboration presents the first $z_g$ measurements at $\sqrt{s_{NN}}=200$ GeV in p+p and Au+Au collisions, where in Au+Au we use the specific di-jet selection introduced in our previous momentum imbalance measurement. For a jet resolution parameter of $R=0.4$, these di-jet pairs were found to be significantly imbalanced with respect to p+p, yet regained balance when all soft constituents were included. We find that within uncertainties there are no signs of a modified Jet Splitting Function on trigger or recoil side of this di-jet selection.

研究动机与目标

• 通过SoftDrop滤波测量共享动量分数$z_g$，作为对对称化Altarelli-Parisi分裂函数的Sudakov安全探针，研究p+p和Au+Au碰撞中的行为。
• 检验预测夸克-胶子等离子体中喷胶分裂发生改变的能量损失模型是否会影响中心Au+Au碰撞中$z_g$的分布。
• 探究在Au+Au中观测到的二喷胶动量不平衡是否由介质诱导的喷胶分裂过程改变引起，或由其他效应（如背景涨落）引起。
• 将Au+Au中触发二喷胶的$z_g$分布与嵌入的p+p参考进行比较，以隔离介质对喷胶亚结构的影响。

提出的方法

• 使用STAR探测器中的带电轨迹和中性簇集，采用反-$k_T$算法（$R=0.4$）重建喷胶，并对喷胶应用SoftDrop滤波。
• 从喷胶的分支历史中提取修整后的动量分数$z_g = \min(p_{T,1}, p_{T,2}) / (p_{T,1} + p_{T,2})$，其中$z_{\text{cut}}=0.1$且$\beta=0$，以确保Sudakov安全性。
• 通过将p+p高簇集（HT）事件嵌入相同中心度（0–20%）的最小截面Au+Au事件中，创建参考数据集，以保留探测器响应和效率的差异。
• 使用基于面积的方法结合活动鬼粒子和$k_T$算法估算事件间背景密度$\rho$，实现背景减法。
• 通过在测量不确定度范围内改变轨迹和簇集效率及能量标度，评估系统误差。
• 将Au+Au中二喷胶对的触发喷胶与反冲喷胶的$z_g$分布与嵌入的p+p参考进行比较，重点关注$ p_T^{\text{Trig}} > 20$ GeV/$c$ 且 $p_T^{\text{Recoil}} > 10$ GeV/$c$ 的喷胶。

实验结果

研究问题

• RQ1 与p+p相比，Au+Au碰撞中共享动量分数$z_g$是否表现出可测量的改变，表明喷胶分裂动力学在介质中发生变化？
• RQ2 在Au+Au中观测到的二喷胶动量不平衡是否由喷胶分裂过程的改变引起，或由其他效应（如背景涨落）引起？
• RQ3 在致密介质存在的情况下，Au+Au中SoftDrop $z_g$分布在多大程度上仍反映真空类似分裂行为？
• RQ4 Au+Au中二喷胶的触发端与反冲端的$z_g$分布如何比较？这对能量损失的位置和性质有何启示？

主要发现

• 在p+p碰撞中，触发喷胶（触发簇集$E_T > 5.4$ GeV）的$z_g$分布与反冲喷胶一致，且与PYTHIA 8模拟结果一致，在$ p_T \approx 20-25$ GeV/$c$ 以上未观测到显著触发偏差。
• p+p中的$z_g$分布与对称化Altarelli-Parisi分裂函数的解析解一致，证实SoftDrop $z_g$可观测量具有Sudakov安全性。
• 在Au+Au碰撞中，与嵌入的p+p参考相比，触发端或反冲端的$z_g$分布均未观测到显著变化，系统误差范围内一致。
• 在所有$ p_T^{\text{part}} $ 个子区间中，Au+Au中$z_g$与p+p参考的比值均保持与单位一致，表明无介质诱导喷胶分裂过程改变的证据。
• 玩具模型估算表明，潜在的反相关系统误差可能影响最右侧的$z_g$区间，但不会改变“无可观测改变”的主要结论。
• 尽管硬核二喷胶存在强烈动量不平衡，但$z_g$无改变，表明初始喷胶分裂可能主要发生在介质外部，或基本未被修改。