[论文解读] Multiplicity dependence of charged-particle intra-jet properties in pp collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV

ALICE Collaboration, Adamova, Dagmar+1065 more|arXiv (Cornell University)|Nov 22, 2023

High-Energy Particle Collisions Research被引用 1

一句话总结

本研究首次利用ALICE探测器在√s = 13 TeV的pp碰撞中测量了多胞度依赖的喷注内性质。结果揭示，在高多胞度事例中，低-zch粒子的碎片化增强，而高-zch粒子的碎片化被抑制，尤其在低-pT且半径较大的喷注中更为显著，为QCD模型及小系统中类似夸克胶子等压物质（QGP）效应提供了关键约束。

ABSTRACT

The first measurement of the multiplicity dependence of intra-jet properties of leading charged-particle jets in proton–proton (pp) collisions is reported. The mean charged-particle multiplicity and jet fragmentation distributions are measured in minimum-bias and high-multiplicity pp collisions at center-of-mass energy $\sqrt{s}$ = 13 TeV using the ALICE detector. Jets are reconstructed from charged particles produced in the midrapidity region ($|\eta | < 0.9$) using the sequential recombination anti-$k_{ extrm{T}}$ algorithm with jet resolution parameters R = 0.2, 0.3, and 0.4 for the transverse momentum ($p_ extrm{T}$) interval 5–110 GeV/c. The high-multiplicity events are selected by the forward V0 scintillator detectors. The mean charged-particle multiplicity inside the leading jet cone rises monotonically with increasing jet $p_ extrm{T}$ in qualitative agreement with previous measurements at lower energies. The distributions of jet fragmentation function variables $z^{ extrm{ch}}$ and $\xi ^{ extrm{ch}}$ are measured for different jet-$p_ extrm{T}$ intervals. Jet-$p_ extrm{T}$ independent fragmentation of leading jets is observed for wider jets except at high- and low-$z^{ extrm{ch}}$ values. The observed “hump-backed plateau” structure in the $\xi ^{ extrm{ch}}$ distribution indicates suppression of low-$p_ extrm{T}$ particles. In high-multiplicity events, an enhancement of the fragmentation probability of low-$z^{ extrm{ch}}$ particles accompanied by a suppression of high-$z^{ extrm{ch}}$ particles is observed compared to minimum-bias events. This behavior becomes more prominent for low-$p_ extrm{T}$ jets with larger jet radius. The results are compared with predictions of QCD-inspired event generators, PYTHIA 8 with Monash 2013 tune and EPOS LHC. It is found that PYTHIA 8 qualitatively reproduces the jet modification in high-multiplicity events except at high jet $p_ extrm{T}$. These measurements provide important constraints to models of jet fragmentation.

研究动机与目标

• 研究在√s = 13 TeV的pp碰撞中喷注内带电粒子性质的多胞度依赖性。
• 通过喷注碎片化和多胞度分布，探测高多胞度小系统中潜在的类似QGP效应。
• 利用pp数据为重离子碰撞中的喷注淬火研究提供基线参考。
• 检验基于QCD的事件生成器（如PYTHIA 8和EPOS LHC）的预测。

提出的方法

• 使用反-kT算法（R = 0.2、0.3和0.4）在中 rapidity 区域（|η| < 0.9）重建带电粒子。
• 在pT范围5–110 GeV/c内重建喷注，高多胞度事例通过前方V0闪烁探测器选择。
• 利用zch（动量分数）和ξch（横向动量比）变量分析喷注碎片化函数。
• 测量主导喷注内平均带电粒子多胞度随喷注pT和事例多胞度的变化。
• 将结果与PYTHIA 8（Monash 2013调谐）和EPOS LHC事件生成器进行比较，以评估模型性能。
• 通过数据驱动方法和蒙特卡罗模拟评估统计误差和系统误差。

实验结果

研究问题

• RQ1 在√s = 13 TeV的pp碰撞中，喷注内平均带电粒子多胞度如何随喷注pT和事例多胞度变化？
• RQ2 喷注碎片化函数（zch和ξch）如何随事例多胞度增加而演化？
• RQ3 与最小截面事例相比，高多胞度pp事例中喷注碎片化被修改的程度如何？
• RQ4 观测到的碎片化修改是否暗示存在类似QGP效应，还是可由标准QCD动力学解释？
• RQ5 PYTHIA 8和EPOS LHC模型在多大程度上能再现高多胞度pp碰撞中测量的喷注内性质？

主要发现

• 主导喷注内平均带电粒子多胞度随喷注pT单调增加，与低能测量结果一致。
• ξch分布中出现的“驼峰平台”结构表明喷注内低-pT粒子被抑制。
• 在高多胞度事例中，与最小截面事例相比，低-zch粒子的碎片化概率增强，而高-zch粒子被抑制。
• 这种修改在低-pT喷注和较大喷注半径（R = 0.4）中最为显著，表明在更大相空间区域中存在更强的介质样效应。
• PYTHIA 8采用Monash 2013调谐能定性再现高多胞度事例中的喷注修改，但在高喷注pT区域出现偏差。
• 结果为高多胞度pp碰撞中喷注碎片化与部分子喷发演化模型提供了强有力约束。