[论文解读] Measurement of inclusive and leading subjet fragmentation in pp and Pb-Pb collisions at $\sqrt{s_{ m NN}}$ = 5.02 TeV

Acharya, Shreyasi, Adamova, Dagmar+1037 more|arXiv (Cornell University)|Apr 21, 2022

High-Energy Particle Collisions Research被引用 1

一句话总结

该论文首次利用LHC上的ALICE探测器，在√sNN = 5.02 TeV的pp和Pb-Pb碰撞中测量了包含子jet的碎片化。通过分析子jet携带的横向动量分数zr探测喷射能量损失，发现Pb-Pb与pp相比无显著修改，但在zr < 0.95范围内与硬化趋势一致，为喷射能量损失机制及夸克-胶子等离子体中碎片化函数的普遍性提供了新见解。

ABSTRACT

This article presents new measurements of the fragmentation properties of jets in both proton-proton (pp) and heavy-ion collisions with the ALICE experiment at the LHC. We report distributions of the fraction $z_r$ of transverse momentum carried by subjets of radius $r$ within jets of radius $R$. Charged-particle jets are reconstructed at midrapidity using the anti-$k_{ m{T}}$ algorithm with jet radius $R=0.4$, and subjets are reconstructed by reclustering the jet constituents using the anti-$k_{ m{T}}$ algorithm with radii $r=0.1$ and $r=0.2$. In pp collisions, we measure both the inclusive and leading subjet distributions. We compare these measurements to perturbative calculations at next-to-leading logarithmic accuracy, which suggest a large impact of threshold resummation and hadronization effects on the $z_r$ distribution. In heavy-ion collisions, we measure the leading subjet distributions, which allow access to a region of harder jet fragmentation than has been probed by previous measurements of jet quenching via hadron fragmentation distributions. The $z_r$ distributions enable extraction of the parton-to-subjet fragmentation function and allow for tests of the universality of jet fragmentation functions in the quark-gluon plasma (QGP). We find no significant modification of $z_r$ distributions in Pb-Pb compared to pp collisions. However, the distributions are also consistent with a hardening trend for $z_r&lt;0.95$, as predicted by several jet quenching models. As $z_r ightarrow 1$ our results indicate that any such hardening effects cease, exposing qualitatively new possibilities to disentangle competing jet quenching mechanisms. By comparing our results to theoretical calculations based on an independent extraction of the parton-to-jet fragmentation function, we find consistency with the universality of jet fragmentation and no indication of factorization breaking in the QGP.

研究动机与目标

• 在√sNN = 5.02 TeV下测量pp和Pb-Pb碰撞中喷射碎裂为子jet的情况，以探测夸克-胶子等离子体中的喷射能量损失。
• 通过使用有限半径r的子jet，获得比以往基于强子的碎片化测量更高的zr值，从而更精确地探测硬喷射碎片化。
• 通过比较pp和Pb-Pb碰撞中的部分子到子jet的碎片化，测试QGP中喷射碎片化函数的普遍性。
• 通过分析zr → 1附近的zr分布，区分竞争性的喷射能量损失机制，如夸克与胶子的能量损失以及因子分解破坏。
• 将实验测得的zr分布与具有下一阶对数精度的微扰QCD计算进行比较，以评估阈值重求和和强子化效应的影响。

提出的方法

• 使用反-kT算法（jet半径R = 0.4）在中间快速度区域重建带电粒子喷射。
• 使用更小的半径r = 0.1和r = 0.2的反-kT算法将喷射组分聚类为子jet，定义子jet碎片化分数zr = pT,subjet / pT,jet。
• 在√sNN = 5.02 TeV下测量pp和Pb-Pb碰撞中包含子jet和领先子jet的zr分布。
• 将测得的zr分布与包含阈值重求和和强子化效应的下一阶对数精度微扰QCD计算进行比较。
• 基于部分子到喷射碎片化函数的独立提取，使用理论模型测试QGP中普遍性和因子分解破坏。
• 通过比较pp和Pb-Pb数据，提取介质诱导的修改，并评估不同zr区域中喷射能量损失的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在√sNN = 5.02 TeV下，与pp碰撞相比，Pb-Pb碰撞中子jet碎片化函数zr如何演化？
• RQ2 根据微扰QCD预测，阈值重求和和强子化效应在pp碰撞中在多大程度上影响zr分布？
• RQ3 Pb-Pb中的zr分布是否显示出在高zr值处的硬化迹象，如包含介质诱导辐射的喷射能量损失模型所预期？
• RQ4 在夸克-胶子等离子体中，部分子到子jet的碎片化函数的普遍性是否保持不变，或是否存在因子分解破坏的证据？
• RQ5 基于子jet的zr测量能否解析QGP中夸克与胶子喷射能量损失之间的相互作用，特别是在zr → 1附近？

主要发现

• 在zr全范围内，Pb-Pb碰撞中领先子jet的zr分布与pp碰撞相比未观察到显著修改。
• Pb-Pb的zr分布与zr < 0.95范围内的硬化趋势一致，这与包含介质诱导辐射的多个喷射能量损失模型预测相符。
• 在zr → 1时，数据表明任何硬化效应均停止，提示在高碎片化分数下主导喷射能量损失机制发生定性变化。
• 测得的zr分布与QGP中喷射碎片化函数的普遍性一致，介质中未显示因子分解破坏的迹象。
• 基于部分子到喷射碎片化函数独立提取的理论计算再现了实验数据，支持QGP中碎片化普遍性的稳健性。
• 使用r = 0.1和r = 0.2的子jet使我们能够获得比传统基于强子的碎片化更高的zr值，从而为硬喷射碎片化和夸克主导喷射样本提供了更灵敏的探测手段。