[论文解读] Forward Physics at STAR: Status of analysis on forward and mid rapidity correlation measurements in p+p and d+Au

A. Ogawa|arXiv (Cornell University)|Aug 5, 2004

High-Energy Particle Collisions Research被引用 4

一句话总结

本文利用RHIC的STAR探测器，在√s_{NN} = 200 GeV的质子-质子（p+p）和氘-金（d+Au）碰撞中，测量了前向π⁰产生及二 hadron azimuthal 相关性。p+p碰撞中，π⁰的微分截面与下一阶微扰量子色动力学（NLO pQCD）一致；而d+Au碰撞中背对背的azimuthal 相关性表现出抑制，提示可能存在胶子饱和效应，表明在致密核物质中偏离了传统的leading-twist pQCD行为。

ABSTRACT

Measurements of the production of high energy pi0 mesons at large pseudorapidity, coincident with charged hadrons at mid-rapidity, for proton+proton and deuteron+gold collisions at sqrt(s)_NN=200 GeV are reported. The p+p cross section for inclusive pi0 production follows expectations from next-to-leading order perturbative QCD. Both the inclusive cross section and the di-hadron azimuthal correlations are consistent with a model where parton showers supplement leading-order pQCD. A suppression of the back-to-back azimuthal correlations was observed in d+Au, qualitatively consistent with the gluon saturation picture.

研究动机与目标

• 测试下一阶微扰量子色动力学（NLO pQCD）在高能环境下描述前向π⁰产生行为的有效性。
• 研究在√s_{NN} = 200 GeV的p+p碰撞中，部分子散射机制是否与NLO pQCD及部分子喷注模型一致。
• 通过测量d+Au碰撞中的二 hadron azimuthal 相关性，探究金核中的核胶子分布。
• 评估d+Au中相对于p+p的背对背相关性抑制是否与胶子饱和或颜色玻璃凝聚态图像一致。
• 建立前向强子产生作为探测核碰撞中低-x部分子密度的探针。

提出的方法

• 利用STAR前向π⁰探测器（FPD）测量p+p碰撞中η ≈ 3.3和3.8处的π⁰微分截面。
• 分析p+p和d+Au碰撞中，前向π⁰介子（⟨η⟩ = 4.0）与中快速度带电强子（|η| < 0.75，p_T > 0.5 GeV）之间的二 hadron azimuthal 相关性。
• 将实验数据与使用CTEQ6M部分子分布函数及μ_R = μ_F = p_T能量尺度的NLO pQCD计算结果进行比较。
• 使用HIJING 1.381和PYTHIA 6.222模拟来建模d+Au和p+p的相关性，包括探测器效应和核阴影效应。
• 通过π⁰ → γγ衰变对FPD进行标定，并校正能量依赖响应和非均匀性。
• 对azimuthal 相关性分布进行高斯函数拟合，以提取宽度（σ）和积分产额（S），用于p+p与d+Au之间的比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在√s_{NN} = 200 GeV的p+p碰撞中，π⁰的微分截面是否与NLO pQCD预测一致？
• RQ2 在高能p+p碰撞中，二 hadron azimuthal 相关性是否符合包含部分子喷注的LO pQCD预期？
• RQ3 d+Au碰撞中相对于p+p的背对背二 hadron azimuthal 相关性抑制是否与胶子饱和或颜色玻璃凝聚态效应一致？
• RQ4 与p+p相比，d+Au中核阴影效应和多重相互作用在多大程度上影响了azimuthal 相关性结构？
• RQ5 前向π⁰产生能否作为探测金核中低-x胶子密度的可靠探针？

主要发现

• 在p+p碰撞中，η ≈ 3.3和3.8处的π⁰微分截面与使用CTEQ6M PDF和μ_R = μ_F = p_T的NLO pQCD计算结果一致。
• p+p碰撞中的二 hadron azimuthal 相关性可用包含部分子喷注的LO pQCD模型良好描述，表明在此能量下部分子散射占主导地位。
• d+Au碰撞中的azimuthally 相关成分（S）显著小于p+p，且σ_{dAu}远窄于σ_{pp}，表明背对背相关性受到抑制。
• 实验观测到的抑制在包含核阴影效应的HIJING模拟中未能重现，表明传统模型可能无法准确描述数据。
• 初步数据显示，相关性宽度的增加（B_{dAu}）大于HIJING的预测，但拟合得到的σ_{dAu}值过小，提示可能存在标定或函数形式问题。
• 结果在定性上与胶子饱和或颜色玻璃凝聚态的预期一致，但要得出明确结论仍需更多数据和更精确的标定。