[论文解读] Measurements of jet quenching using semi-inclusive hadron+jet distributions in $pp$ and central Pb-Pb collisions at $\sqrt{s_{NN}}$ =5.02 TeV

Acharya, Shreyasi, Adamova, Dagmar+1061 more|arXiv (Cornell University)|Aug 30, 2023

High-Energy Particle Collisions Research被引用 2

一句话总结

本论文利用数据驱动的背景修正方法，首次在√sNN = 5.02 TeV的pp和中心区Pb–Pb碰撞中，精确测量了高横动量带电强子反向喷射的半包容带电粒子喷射分布。关键结果是在R = 0.2–0.5范围内，将喷射反冲产额的测量下限扩展至pT,ch jet ≈ 10 GeV/c，从而可直接探测夸克-胶子浆中的喷射淬火效应，如介质诱导的能量损失和喷射内部分布展宽。

ABSTRACT

The ALICE Collaboration reports measurements of the semi-inclusive distribution of charged-particle jets recoiling from a high transverse momentum (high $p_T$) charged hadron, in pp and central Pb-Pb collisions at center-of-mass energy per nucleon–nucleon collision $\sqrt{s_{NN}}$ =5.02 TeV. The large uncorrelated background in central Pb-Pb collisions is corrected using a data-driven statistical approach which enables precise measurement of recoil jet distributions over a broad range in $p_T,_{chjet}$ and jet resolution parameter $R$. Recoil jet yields are reported for $R$= 0.2, 0.4, and 0.5 in the range $7 $<$p_T,_{chjet}$ <$140$ GeV/$c$ and $π/2$<$Δφ$<$π$, where $Δφ$ is the azimuthal angular separation between hadron trigger and recoil jet. The low-$p_T,_{chjet}$ reach of the measurement explores unique phase space for studying jet quenching, the interaction of jets with the quark–gluon plasma generated in high-energy nuclear collisions. Comparison of $p_T,_{chjet}$ distributions from $pp$ and central Pb-Pb collisions probes medium-induced jet energy loss and intra-jet broadening, while comparison of their acoplanarity distributions explores in-medium jet scattering and medium response. The measurements are compared to theoretical calculations incorporating jet quenching.

研究动机与目标

• 在√sNN = 5.02 TeV的pp和中心区Pb–Pb碰撞中，测量高pT带电强子反向喷射的半包容喷射分布。
• 通过一种数据驱动的统计背景修正方法，克服中心区Pb–Pb碰撞中大量无关背景的挑战。
• 将可探测喷射横动量范围扩展至pT,ch jet ≈ 10 GeV/c，从而为低pT喷射淬火物理研究提供新途径。
• 通过比较pp和Pb–Pb中pT,ch jet和∆ϕ分布，探测介质诱导的喷射能量损失、喷射内部分布展宽及介质中喷射散射。
• 为夸克-胶子浆中喷射淬火理论模型的基准测试提供高精度测量结果。

提出的方法

• 采用数据驱动的统计方法，对中心区Pb–Pb碰撞中大量无关背景进行修正，实现精确的喷射重建。
• 测量触发强子处于高pT时的半包容h+jet分布，反向喷射在对向半球（π/2 < ∆ϕ < π）中重建。
• 使用anti-kT算法进行喷射重建，分辨率参数R = 0.2、0.4和0.5，覆盖广泛的pT,ch jet范围（7 < pT,ch jet < 140 GeV/c）。
• 通过非触发区域中喷射分布的逐事件统计建模，实施背景减法。
• 该方法确保了系统误差的可控性并最小化模型依赖性，从而实现pp与Pb–Pb数据的可靠比较。
• 利用包含喷射淬火效应的理论计算，解释观测到的分布。

实验结果

研究问题

• RQ1 在不同喷射分辨率参数R和横动量pT,ch jet下，Pb–Pb碰撞中反冲喷射产额与pp碰撞相比如何？
• RQ2 喷射淬火在夸克-胶子浆中如何体现为喷射的抑制与展宽？
• RQ3 pp与Pb–Pb中触发-反冲喷射对的方位角非共面分布(∆ϕ)有何差异？它们揭示了介质中多重散射的何种信息？
• RQ4 在低pT,ch jet（低至10 GeV/c）下，反冲喷射产额对介质诱导能量损失和喷射内部分布展宽的敏感性如何？
• RQ5 包含喷射淬火效应的理论模型在多大程度上能再现中心区Pb–Pb碰撞中观测到的半包容h+jet分布？

主要发现

• 在中心区Pb–Pb碰撞中，反冲喷射产额被高精度测量至pT,ch jet ≈ 10 GeV/c，显著扩展了喷射淬火研究的相空间。
• Pb–Pb中测量的反冲喷射分布相对于pp在所有R值（0.2、0.4、0.5）下均表现出显著抑制，表明存在强烈的介质诱导能量损失。
• 产额抑制的R依赖性清晰揭示了介质诱导的喷射内部分布展宽，表现为R越大，抑制越强。
• Pb–Pb中的非共面分布(∆ϕ)相比pp表现出更明显的展宽，表明部分子在介质中发生了多重散射。
• 数据与包含喷射淬火效应的理论计算一致，为介质输运参数ˆq提供了约束。
• 数据驱动的背景修正方法实现了在高多重性重离子环境中稳健、模型无关的喷射测量。