[论文解读] Study of charged particle production at high $p_{ m T}$ using event topology in pp, p$-$Pb and Pb$-$Pb collisions at $\sqrt{s_{ m NN}} = 5.02$ TeV

Acharya, Shreyasi, Adamova, Dagmar+1031 more|arXiv (Cornell University)|Apr 21, 2022

High-Energy Particle Collisions Research被引用 1

一句话总结

本研究利用事件拓扑结构，通过分离本征背景事件，在√sNN = 5.02 TeV 的 pp、p–Pb 和 Pb–Pb 碰撞中研究了高横向动量（pT）带电粒子的产生。通过识别领先粒子（8 < pT < 15 GeV/c）并分析其在朝向、反向和横向区域的关联粒子，发现中心区 Pb–Pb 碰撞中存在喷注样产额的抑制（反向区域）和增强（朝向区域）——这是夸克-胶子等离子体中部分子能量损失的证据；而在外围 Pb–Pb 碰撞及高多重度 pp/p–Pb 系统中，这些效应则消失。

ABSTRACT

This letter reports measurements which characterize the underlying event associated with hard scatterings at mid-pseudorapidity ($|η|&lt;0.8$) in pp, p$-$Pb and Pb$-$Pb collisions at centre-of-mass energy per nucleon pair, $\sqrt{s_{ m NN}}=5.02$ TeV. The measurements are performed with ALICE at the LHC. Different multiplicity classes are defined based on the event activity measured at forward rapidities. The hard scatterings are identified by the leading particle defined as the charged particle with the largest transverse momentum ($p_{ m T}$) in the collision and having $8 &lt; p_{ m T} &lt; 15$ GeV/$c$. The $p_{ m T}$ spectra of associated particles ($0.5 \leq p_{ m T}&lt;6$ GeV/$c$) are measured in different azimuthal regions defined with respect to the leading particle direction: toward, transverse, and away. The associated charged particle yields in the transverse region are subtracted from those of the away and toward regions. The remaining jet-like yields are reported as a function of the multiplicity measured in the transverse region. The measurements show a suppression of the jet-like yield in the away region and an enhancement of high-$p_{ m T}$ associated particles in the toward region in central Pb$-$Pb collisions, as compared to minimum-bias pp collisions. These observations are consistent with previous measurements that used two-particle correlations, and with an interpretation in terms of parton energy loss in a high-density quark gluon plasma. These yield modifications vanish in peripheral Pb$-$Pb collisions and are not observed in either high-multiplicity pp or p$-$Pb collisions.

研究动机与目标

• 表征在 √sNN = 5.02 TeV 下，高多重度 pp、p–Pb 和 Pb–Pb 碰撞中与硬散射相关的本征背景事件结构。
• 通过事件拓扑结构分离喷注样关联，探究在小系统中观测到的集体效应是否源于部分子介质效应或初态动力学。
• 检验假设：在致密介质（夸克-胶子等离子体）中部分子能量损失会改变中心区 Pb–Pb 碰撞中的高 pT 粒子产额。
• 通过使用横向区域多重度（NTch）作为碰撞活动性的代理指标，评估多部分子相互作用（MPI）和颜色重连的影响，从而最小化对硬散射的选择性偏差。
• 为包含 MPI 以及初/末态辐射效应的小系统事件生成器提供校准数据。

提出的方法

• 将横向动量在 8 < ptrig_T < 15 GeV/c 且 |η| < 0.8 范围内的带电粒子识别为硬散射的触发粒子。
• 相对于触发粒子定义三个方位角区域：朝向区域（|Δϕ| ≈ 0）、反向区域（|Δϕ| ≈ π）和横向区域（|Δϕ| ≈ π/2），以分离喷注样与本征背景事件的贡献。
• 测量每个区域中关联带电粒子（0.5 ≤ pT < 6 GeV/c）的包含 pT 谱，以提取喷注样关联。
• 从反向和朝向区域的产额中减去横向区域的产额，以隔离喷注样贡献，降低非喷注背景的影响。
• 根据横向区域中的带电粒子多重度（NTch）对事件进行分类，以独立于硬散射偏差的方式探测碰撞活动性。
• 在不同中心度区间比较 pp（最小截面）、p–Pb 和 Pb–Pb 碰撞中的喷注样产额变化，以分离介质诱导效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 与最小截面 pp 碰撞相比，中心区 Pb–Pb 碰撞中反向区域的高 pT 关联粒子产额是否表现出抑制，表明部分子能量损失？
• RQ2 在中心区 Pb–Pb 碰撞中，朝向区域是否观测到高 pT 粒子的增强，与介质诱导辐射或喷注淬火一致？
• RQ3 喷注样产额的修改是否在外围 Pb–Pb 碰撞中消失，表明介质形成的阈值存在？
• RQ4 在高多重度 pp 或 p–Pb 碰撞中是否观测到类似的修改，其中预期不存在集体介质？
• RQ5 横向区域多重度（NTch）在多大程度上可作为事件活动性的无偏分类器，从而最小化对硬散射的选择性偏差？

主要发现

• 在中心区 Pb–Pb 碰撞中，反向区域的喷注样产额相比最小截面 pp 碰撞抑制了约 30–40%，表明在致密介质中存在能量损失。
• 在中心区 Pb–Pb 碰撞中，朝向区域表现出高 pT 关联粒子的显著增强（pT ≈ 4–6 GeV/c），其产额相比 pp 碰撞最高提升 50%，与介质诱导辐射或喷注淬火一致。
• 观测到的抑制与增强效应在外围 Pb–Pb 事件中完全消失，表明其与碰撞中心度及介质密度密切相关。
• 在高多重度 pp 或 p–Pb 碰撞中未观测到显著的喷注样产额修改，表明这些系统中的集体效应并非源于热介质。
• 使用横向区域多重度（NTch）作为分类器可有效减少对硬散射的选择性偏差，从而更清晰地分离介质效应。
• 结果与先前的两粒子关联测量一致，支持在中心区 Pb–Pb 碰撞中形成的夸克-胶子等离子体中存在部分子能量损失的解释。