[论文解读] EMC effect and jet energy loss in relativistic deuteron-nucleus collisions

B. Cole, G. G. Barnaföldi+3 more|ArXiv.org|Feb 9, 2007

High-Energy Particle Collisions Research被引用 6

一句话总结

本文研究了核子部分子分布函数（PDF）中的EMC效应是否能解释在RHIC上相对论性氘金（dAu）碰撞中高横向动量（$p_T \gtrsim 10$ GeV/c）$π^0$产生抑制现象。通过使用包含HKN、EKS和HIJING等多种核PDF参数化的pQCD改进部分子模型，发现仅靠EMC效应无法解释观测到的$R_{dAu}$抑制。然而，引入适度的末态喷注能量损失（$L/\lambda = 1$）可减小理论与数据之间的偏差，表明尽管dAu系统尺寸较小，喷注淬火可能在其中仍起作用。

ABSTRACT

We investigate the influence of modified nuclear parton distribution functions (PDFs) on high-pT hadron production at RHIC and LHC energies using a pQCD-improved parton model. For application at RHIC, we focus on the possible contribution of the EMC modification of the nuclear PDFs in the x > 0.3 region to the observed suppression of pi0 production at pT > 10 GeV/c in dAu collisions. We study three different parameterizations of the nuclear PDF modifications and find that they give consistent results for R_dAu(pT) for neutral pions in the region 10 GeV/c < pT < 20 GeV/c. We find that the EMC suppression of the parton distributions in the Au nucleus does not strongly influence the R_dAu for pi0 in the pT region where the suppression is observed. Using the HKN parameterization, we evaluate systematic errors in the theoretical R_dAu(pT) resulting from uncertainties in the nuclear PDFs. The measured nuclear modification factor is inconsistent with the pQCD model result for pT > 10 GeV/c even when the systematic uncertainties in the nuclear PDFs are accounted for. The inclusion of a small final-state energy loss can reduce the discrepancy with the data, but we cannot perfectly reproduce the pT dependence of the measured R_dAu(pT). For the LHC, we find that shadowing of the nuclear PDFs produces a large suppression in the yield of hadrons with pT < 100 GeV/c in p(d)A collisions.

研究动机与目标

• 评估核子PDF中的EMC效应是否能解释RHIC上dAu碰撞中高-$p_T$ $π^0$产生抑制现象。
• 评估不同核PDF参数化（HKN、EKS、HIJING）对核子修正因子$R_{dAu}$的影响。
• 确定末态喷注能量损失在多大程度上可使理论预测与$R_{dAu}$实验数据一致。
• 将分析扩展至LHC能量下的$dPb$碰撞，预测在遮蔽区和EMC区$R_{dAu}$的行为。
• 使用HKN参数化量化由于核PDF不确定性导致的$R_{dAu}$系统性不确定性的大小。

提出的方法

• 使用pQCD改进的部分子模型，通过核PDF、微扰论截面和 fragmentation 函数的卷积计算dAu碰撞中高-$p_T$强子产生。
• 在$p_T \lesssim 70$ GeV/c范围内应用三种核PDF参数化（HKN、EKS、HIJING），以评估结果的稳健性。
• 使用HKN PDF评估$R_{dAu}$的系统误差，纳入核部分子分布的不确定性。
• 通过包含参数$L$（介质长度）和$\lambda$（平均自由程）的唯象学模型引入末态喷注能量损失，调整$L/\lambda$以拟合实验数据。
• 将计算扩展至LHC能量下的$dPb$碰撞（$\sqrt{s_{NN}} = 900$ GeV 和 $8.8$ TeV），研究遮蔽与能量损失效应的能量依赖性。
• 利用测量的$dN_{ch}/dy$和横截面积估算部分子密度，并比较dAu与AuAu系统中的喷注淬火效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 核PDF中的EMC效应是否足以单独解释RHIC上dAu碰撞中$p_T \gtrsim 10$ GeV/c时$\pi^0$产生抑制？
• RQ2 不同核PDF参数化（HKN、EKS、HIJING）在$p_T \sim 10-20$ GeV/c范围内对理论$R_{dAu}$预测有何影响？
• RQ3 末态喷注能量损失在多大程度上可减小理论$R_{dAu}$与实验数据之间的偏差？
• RQ4 在LHC能量下，随着碰撞能量增加，$R_{dAu}$中EMC谷值的位置与幅度如何演化？
• RQ5 在LHC能量下，核遮蔽与喷注能量损失在塑造$R_{dAu}$方面相对重要性如何？

主要发现

• 即使考虑HKN PDF的不确定性，核PDF中的EMC效应在$p_T \sim 10-20$ GeV/c范围内对$R_{dAu}$的$\pi^0$产生抑制影响甚微。
• 使用HKN、EKS和HIJING PDF计算的理论$R_{dAu}$值在$p_T \sim 10-20$ GeV/c区域内保持一致，表明结果具有稳健性。
• 即使考虑核PDF的系统性不确定性，实验测量的$R_{dAu}$与pQCD模型结果在$p_T \gtrsim 10$ GeV/c时仍不一致。
• 引入适度的末态能量损失（$L/\lambda = 1$）可减小与数据的偏差，但无法完全再现测量$R_{dAu}$的$p_T$依赖性。
• 在LHC能量下，$dPb$碰撞中$p_T \lesssim 100$ GeV/c范围内遮蔽主导抑制效应，且随着能量增加，EMC谷值向更高$p_T$移动。
• 在LHC能量下，$p_T \lesssim 10$ GeV/c区域喷注能量损失效应更显著，当$L/\lambda = 3.0$（$\lambda$较小）时，$R_{dAu}$在该区域显著降低。