[论文解读] Leading order pQCD hadron production and nuclear modification factors at RHIC and the LHC

Ivan Vitev|ArXiv.org|Dec 7, 2002

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 27被引用 7

一句话总结

本文对RHIC和LHC上质子-质子及重离子碰撞中的包括强子产生进行了Leading-Order pQCD分析，结合了初态多部分子散射和末态辐射能量损失。在√s = 5.5 TeV的中心型Pb+Pb碰撞中，预测了显著的、与pT相关的抑制（R_AA），抑制程度从100 GeV时的~2–3增加到10 GeV时的~10–20，表明存在强烈的喷射淬火现象，并可能在致密QGP中发生部分子的完全吸收。

ABSTRACT

Hadron production in leading order pQCD is reviewed. The shape of the single inclusive particle spectra is well described for $p_T \geq 2-3$ GeV at center of mass energies from 20 GeV to 2 TeV. The phenomenological K-factor is found to decrease systematically with $\sqrt{s}$. For ultra-relativistic heavy ion reactions the calculation is augmented with the effects of initial multiple parton scattering and final state radiative energy loss. Baseline CERN-LHC predictions for hadron production in $p+p$ and suppression in central $Pb+Pb$ reactions at $\sqrt{s} = 5.5$ TeV are given in comparison to the corresponding results at BNL-RHIC and CERN-SPS energies.

研究动机与目标

• 使用Leading-Order pQCD为LHC上质子-质子和Pb+Pb碰撞中的强子产生提供基准预测。
• 量化LHC上的核修改因子R_AA，并与RHIC和SPS数据进行比较。
• 研究初态效应（屏蔽、Cronin效应）与末态能量损失在重离子碰撞中的相互作用。
• 评估多部分子相互作用和辐射能量损失在塑造R_AA的pT依赖性中的作用。
• 评估通过超高能重离子碰撞中强子抑制模式实现喷射层析成像的可行性。

提出的方法

• 使用Leading-Order因子化pQCD形式，结合部分子分布函数（PDFs）、 fragmentation函数（FFs）和部分子截面。
• 应用公式(3)中的卷积公式，计算作为pT和y函数的微分强子截面。
• 通过公式(8)中的修正碎片化函数引入末态辐射能量损失，考虑核物质中的胶子辐射。
• 使用现象学K因子来考虑NLO修正，发现其随√s增加而减小。
• 在d+Au和p+Pb体系中，于前向快度区（y = +3）对初态效应（如核屏蔽和Cronin效应）进行建模。
• 估算有效胶子密度（在LHC上ρg ≈ 130–275 /fm³），以评估QGP形成和能量损失尺度。

实验结果

研究问题

• RQ1 与RHIC相比，LHC上核修改因子R_AA如何随横动量变化？
• RQ2 在√s = 5.5 TeV的中心型Pb+Pb碰撞中，末态能量损失与初态核效应在强子抑制中分别占据多大程度的主导作用？
• RQ3 多部分子散射和辐射能量损失在高能条件下如何塑造R_AA的pT依赖性？
• RQ4 在高pT强子中观测到的抑制模式能否作为喷射淬火和QGP性质的清晰探针？
• RQ5 在前向快度区，与RHIC相比，LHC运动学下屏蔽和Cronin效应有何不同？

主要发现

• 现象学K因子随中心系能量√s的增加系统性减小，表明在更高能量下对NLO修正的需求减少。
• 在20 GeV至2 TeV的能量范围内，pT ≥ 2–3 GeV的强子谱均能被LO pQCD良好描述。
• LHC上的R_AA表现出强烈的pT依赖性，从100 GeV时的~2–3抑制下降至10 GeV时的~10–20，表明末态能量损失占主导。
• 在√s = 5.5 TeV的中心型Pb+Pb碰撞中，pT ≈ 40 GeV处预测的R_AA与RHIC观测到的因子4–5抑制相当，表明在高pT下淬火强度相似。
• 在LHC的中心型Pb+Pb碰撞中，有效胶子密度达到130–275 /fm³，表明存在极高部分子密度，与QGP形成一致。
• 预测了ΔE ≥ E的相空间区域，意味着在核物质中可能发生部分子的完全吸收，尤其在LHC能量下对胶子更为显著。