[论文解读] Jet Quenching and Its Azimuthal Anisotropy in AA and possibly High Multiplicity pA and dA Collisions

Xilin Zhang, Jinfeng Liao|arXiv (Cornell University)|Nov 21, 2013

Computational Fluid Dynamics and Aerodynamics被引用 9

一句话总结

该论文提出了一种改进的喷射淬火模型，其中能量损失具有 $p_t$-依赖性，在 '近临界温度增强'（NTcE）情景下，成功描述了在RHIC和LHC中AA碰撞下的 $R_{AA}$ 以及方位角各向异性 $V_2$、$V_3$、$V_4$。该模型进一步应用于高多重数的 pPb 和 dAu 碰撞，分别预测出可测量的 $V_2 \sim 0.01$ 和 $0.1$，为末态喷射衰减提供了清晰信号。

ABSTRACT

We report our calculation of jet quenching and its azimuthal anisotropy in the high energy AA and high multiplicity pA and dA collisions. The purpose of this study is twofold. First, we improve our previous event-by-event studies, by properly implementing $p_t$ dependence in the modeling. We show that, within the jet "monography" scenario featuring a strong near-Tc-enhancement of jet energy loss, the computed high-$p_t$ nuclear modification factor $R_{AA}$ and the harmonic coefficients in its azimuthal anisotropy $v_{2,\,3,\,4}$, agree well with the available data from both Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) and Large Hadron Collider (LHC). Second, in light of current discussions on possible final state collective behavior in the high-multiplicity pPb and dAu collisions, we examine the implication of final state jet attenuation in such collisions, by applying the same model used in AA collisions and quantifying the corresponding $R_{pA}$ and $R_{dA}$ and their azimuthal anisotropy. The high-$p_t$ $V_n$ provide a set of clean indicators of final state energy loss. In particular we find in the most central pPb (5.02 TeV) and dAu (200 GeV) collisions, $V_2$ is on the order of $0.01$ and $0.1$ respectively, measurable with current experimental accuracy. In addition, our high-$p_t$ $R_{dA}$ is around $0.6$ which is compatible with preliminary dAu results from RHIC.

研究动机与目标

• 通过在能量损失中引入 $p_t$-依赖性，改进以往的逐事件喷射淬火模型，实现对RHIC和LHC能量下 $R_{AA}$ 和方位角各向异性的精确描述。
• 检验NTcE模型在解释AA碰撞中高 $p_t$ 强子产生抑制与各向异性的自洽性。
• 使用相同的NTcE框架，量化高多重数pPb和dAu碰撞中末态喷射能量损失的影响，提供 $R_{pA}$、$R_{dA}$ 和 $V_n$ 的预测。
• 将高 $p_t$ 方位角各向异性系数 $V_n$ 识别为小系统中末态喷射-介质相互作用的清晰实验探针。

提出的方法

• 采用喷射的'单图'情景，结合喷射-介质相互作用的强近-Tc增强（NTcE），以建模能量损失。
• 实施基于 $p_t$-依赖的分数能量损失，受Betz等人和Horowitz等人工作的启发，以重现 $R_{AA}(p_t)$ 实验数据。
• 使用蒙特卡罗Glauber初始态模型，采用两种不同实现方式，模拟pPb和dAu系统中的碰撞几何结构。
• 计算 $R_{AA}^{(n)}(\phi)$ 并从核修饰因子的方位角各向异性中提取谐波系数 $V_n$。
• 将结果与RHIC和LHC的实验数据进行比较，包括不同中心度和能量区间下的 $R_{AA}$、$V_2$、$V_3$ 和 $V_4$。
• 评估介质膨胀和初态-末态平面错位对 $V_n$ 预测的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 具有 $p_t$-依赖性能量损失的NTcE模型能否同时在RHIC和LHC能量下精确描述 $R_{AA}$ 和 $V_2$ 数据？
• RQ2 能量损失的 $p_t$-依赖性如何影响AA碰撞中计算得到的 $R_{AA}$ 和 $V_n$？
• RQ3 在相同的NTcE模型下，高多重数pPb和dAu碰撞中 $R_{pA}$、$R_{dA}$ 和 $V_n$ 的预期值是多少？
• RQ4 高 $p_t$ 的 $V_n$ 系数能否作为小系统中末态喷射-介质相互作用的明确信号？
• RQ5 初态几何结构和介质动力学如何影响小系统中预测的 $V_n$？

主要发现

• 改进后的具有 $p_t$-依赖性能量损失的NTcE模型，成功重现了从RHIC到LHC不同中心度下 $R_{AA}(p_t)$ 的实验数据，抑制程度从 $\sim 0.2$ 到 $2.76\,\text{TeV}$ 均一致。
• 该模型预测在最中央的dAu（200 GeV）碰撞中 $V_2 \sim 0.1$，在最中央的pPb（5.02 TeV）碰撞中 $V_2 \sim 0.01$，两者均可被当前实验精度测量。
• 在高 $p_t$ 下计算得到的 $R_{dA}$ 约为0.6，与初步的RHIC dAu测量结果一致。
• 模型显示NTcE效应从dAu到pPb有所减弱，这有助于解释观测到的 $R_{dA} < R_{pA}$ 趋势。
• 在LHC中，高阶谐波 $V_3$ 和 $V_4$ 与CMS数据基本符合，尽管 $V_2$ 和 $V_3$ 略高于实验数据，可能由于未考虑介质膨胀和平面错位的影响。
• 高 $p_t$ 的 $V_n$ 系数被识别为末态喷射能量损失的稳健指标，尤其在高多重数pA和dA碰撞中更为显著。