[논문 리뷰] Measurements of jet quenching using semi-inclusive hadron+jet distributions in $pp$ and central Pb-Pb collisions at $\sqrt{s_{NN}}$ =5.02 TeV

Acharya, Shreyasi, Adamova, Dagmar외 1061명|arXiv (Cornell University)|2023. 08. 30.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 √sNN = 5.02 TeV에서 pp 및 중심부 Pb–Pb 충돌에서 고운동량 양성자성 입자와 반대 방향으로 반작용하는 반입자-입자 제트 분포의 정밀 측정을 처음으로 수행한다. 배경 보정에 데이터 기반 방법을 사용하여, R = 0.2–0.5 범위에서 pT,ch jet ≈ 10 GeV/c까지의 제트 수확량을 안정적으로 추출함으로써, 양성자-구름 플라즈마 내에서 매질 유도 에너지 손실 및 제트 내 폭발과 같은 제트 끄는 효과를 직접 탐색할 수 있게 되었다.

ABSTRACT

The ALICE Collaboration reports measurements of the semi-inclusive distribution of charged-particle jets recoiling from a high transverse momentum (high $p_T$) charged hadron, in pp and central Pb-Pb collisions at center-of-mass energy per nucleon–nucleon collision $\sqrt{s_{NN}}$ =5.02 TeV. The large uncorrelated background in central Pb-Pb collisions is corrected using a data-driven statistical approach which enables precise measurement of recoil jet distributions over a broad range in $p_T,_{chjet}$ and jet resolution parameter $R$. Recoil jet yields are reported for $R$= 0.2, 0.4, and 0.5 in the range $7 $<$p_T,_{chjet}$ <$140$ GeV/$c$ and $π/2$<$Δφ$<$π$, where $Δφ$ is the azimuthal angular separation between hadron trigger and recoil jet. The low-$p_T,_{chjet}$ reach of the measurement explores unique phase space for studying jet quenching, the interaction of jets with the quark–gluon plasma generated in high-energy nuclear collisions. Comparison of $p_T,_{chjet}$ distributions from $pp$ and central Pb-Pb collisions probes medium-induced jet energy loss and intra-jet broadening, while comparison of their acoplanarity distributions explores in-medium jet scattering and medium response. The measurements are compared to theoretical calculations incorporating jet quenching.

연구 동기 및 목표

• √sNN = 5.02 TeV에서 pp 및 중심부 Pb–Pb 충돌에서 고운동량 양성자성 입자와 반대 방향으로 반작용하는 반입자-입자 제트 분포를 측정하기 위해.
• 중심부 Pb–Pb 충돌에서 큰 상관없는 배경 문제를 해결하기 위해 데이터 기반 통계적 배경 보정 방법을 사용하기 위해.
• pT,ch jet ≈ 10 GeV/c까지의 접근 가능한 제트 횡운동량 범위를 확장하여 저운동량 제트 끄는 물리학에 새로운 접근을 가능하게 하기 위해.
• pp 및 Pb–Pb 간의 pT,ch jet 및 ∆ϕ 분포를 비교함으로써 매질 내 에너지 손실, 제트 내 폭발 및 매질 내 제트 산산조각 내부 산란 현상을 탐색하기 위해.
• 양성자-구름 플라즈마 내 제트 끄는 현상 이론 모델을 검증하기 위한 고정밀 측정을 제공하기 위해.

제안 방법

• 중심부 Pb–Pb 충돌에서 큰 상관없는 배경을 보정하기 위해 데이터 기반 통계적 접근법을 사용하여 정확한 제트 재구성 가능하게 한다.
• 트리거 입자가 고운동량에 있고, 반작용 제트가 반대 반구역(π/2 < ∆ϕ < π)에서 재구성되는 방식으로 반입자-입자 h+제트 분포를 측정한다.
• 반경 파rameter R = 0.2, 0.4, 0.5를 사용하여 anti-kT 알고리즘을 통해 넓은 pT,ch jet 범위(7 < pT,ch jet < 140 GeV/c)에서 제트 재구성한다.
• 비트리거 영역에서 제트 분포를 기반으로 이벤트별 통계 모델링을 사용하여 배경 제거를 수행한다.
• 이 방법은 체계적 제어를 보장하고 모델 의존성을 최소화하여 pp 및 Pb–Pb 데이터 간 신뢰성 있는 비교를 가능하게 한다.
• 관측된 분포를 해석하기 위해 제트 끄는 현상을 포함한 이론적 계산을 사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 R 값과 제트 횡운동량 pT,ch jet에 따라 중심부 Pb–Pb 충돌에서 반작용 제트의 수확량이 pp 충돌과 어떻게 비교되는가?
• RQ2 제트 끄는 현상은 양성자-구름 플라즈마 내에서 반작용 제트의 억제 및 폭발에 얼마나 명확하게 나타나는가?
• RQ3 pp 및 Pb–Pb 간의 트리거-반작용 제트 쌍의 애조이드 방향 비대칭 분포(∆ϕ)는 무엇이 다른가? 그리고 이는 매질 내 다중 산산조각 산란에 대해 무엇을 드러내는가?
• RQ4 저운동량 pT,ch jet(10 GeV/c까지)에서 반작용 제트 수확량은 매질 유도 에너지 손실과 제트 내 폭발에 얼마나 민감한가?
• RQ5 제트 끄는 현상을 포함한 이론적 모델은 중심부 Pb–Pb 충돌에서 관측된 반입자-입자 h+제트 분포를 얼마나 잘 재현하는가?

주요 결과

• 중심부 Pb–Pb 충돌에서 pT,ch jet ≈ 10 GeV/c까지 높은 정밀도로 반작용 제트 수확량을 측정하여 제트 끄는 현상 연구의 접근 가능한 위상공간을 확장하였다.
• 측정된 중심부 Pb–Pb의 반작용 제트 분포는 모든 R 값(0.2, 0.4, 0.5)에서 pp와 비교해 뚜렷한 억제를 보이며 강한 매질 유도 에너지 손실을 나타낸다.
• 수확량 억제의 R 의존성은 매질 유도 제트 내 폭발의 명확한 징후를 드러내며, 더 큰 R 에서 더 강한 억제가 관측된다.
• Pb–Pb에서의 비대칭 분포(∆ϕ)는 pp보다 폭발이 증가한 것으로 나타나, 매질 내 입자들의 다중 산산조각 산란을 시사한다.
• 제트 끄는 현상을 포함한 이론적 계산과 데이터는 일치하며, 매질 운반 매개변수 ˆq에 대한 제약 조건을 제공한다.
• 데이터 기반 배경 보정 방법은 고밀도 중이온 환경에서 신뢰성 있고 모델에 의존하지 않는 제트 측정을 가능하게 한다.