Jet ¡quenching ¡from ¡ ¡ So1 ¡Collinear ¡Effec7ve ¡Theory ¡ Grigory ¡Ovanesyan ¡ arXiv:1512.00006 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡GO, ¡Ringer, ¡Vitev ¡ ¡ arXiv:1509.02936 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Chien, ¡Emerman, ¡Kang, ¡GO, ¡Vitev ¡ arXiv:1405.2612 ¡ ¡(PRL) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Kang, ¡Lashof-‑Regas, ¡GO, ¡Saad, ¡Vitev ¡ arXiv:1304.3497 ¡ ¡(JHEP) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Fickinger, ¡GO, ¡Vitev ¡ arXiv:1109.5619 ¡ ¡(PLB) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡GO, ¡Vitev ¡ arXiv:1103.1074 ¡ ¡(JHEP) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡GO, ¡Vitev ¡ Friday, ¡January ¡12, ¡2016, ¡ ¡ Jets ¡and ¡Heavy ¡Flavor ¡Workshop, ¡Santa ¡Fe, ¡NM ¡
Outline ¡ • Mo:va:on ¡ • SCET G : ¡Effec:ve ¡Theory ¡for ¡Jets ¡in ¡dense ¡QCD ¡maGer ¡ • Jet ¡quenching ¡from ¡QCD ¡evolu:on ¡ • Ini:al-‑state ¡spliLng ¡func:ons ¡in ¡cold ¡nuclear ¡maGer ¡ • Conclusions ¡
Phase ¡diagram ¡of ¡QCD ¡
Mo:va:on ¡to ¡study ¡heavy ¡ion ¡collisions ¡ • QCD ¡predicts ¡the ¡existence ¡of ¡Quark ¡Gluon ¡Plasma ¡(QGP) ¡ • Recreate ¡in ¡laboratory ¡condi:ons ¡the ¡maGer ¡that ¡was ¡present ¡ in ¡the ¡Early ¡Universe, ¡microseconds ¡aVer ¡the ¡Big ¡Bang ¡
Experimental ¡facili:es ¡ RHIC: ¡Au-‑Au, ¡E NN =20-‑200 ¡GeV ¡ LHC: ¡Pb-‑Pb, ¡E NN =2.76 ¡TeV ¡ • LHC ¡has ¡confirmed ¡at ¡much ¡higher ¡energies ¡ the ¡jet ¡quenching ¡data ¡from ¡RHIC ¡ • QGP ¡created ¡in ¡both ¡experiments ¡
Jet ¡Quenching ¡ Inclusive ¡produc:on ¡of ¡jets ¡ LHC, ¡7 ¡TeV ¡ σ AA ( p T ) R AA ( p T ) = h N coll i σ pp ( p T ) Measuring ¡a ¡suppressed ¡nuclear ¡modifica:on ¡factor ¡is ¡ observa:onal ¡evidence ¡for ¡jet ¡quenching ¡in ¡heavy ¡ion ¡collisions ¡ ¡ Jet ¡quenching ¡can ¡be ¡described ¡as ¡a ¡combina:on ¡of ¡energy ¡loss ¡ and ¡the ¡steepness ¡of ¡the ¡produc:on ¡cross ¡sec:on ¡ ¡
Jet ¡Quenching ¡ Data ¡from ¡RHIC ¡and ¡LHC ¡on ¡R AA ¡both ¡show ¡suppression ¡for ¡hadrons ¡ compared ¡to ¡1, ¡as ¡a ¡strong ¡indica:on ¡of ¡final ¡state ¡effects ¡in ¡the ¡ medium ¡created ¡in ¡heavy ¡ion ¡collisions ¡ Similar ¡data ¡on ¡photons ¡has ¡no ¡such ¡suppression ¡
Jets ¡at ¡RHIC ¡vs ¡LHC ¡ Events ¡at ¡LHC ¡look ¡much ¡more ¡“jeGy” ¡than ¡at ¡RHIC ¡even ¡by ¡eye ¡ Asympto:c ¡freedom ¡tells ¡us ¡that ¡high-‑pT ¡observables ¡can ¡be ¡ ¡ described ¡using ¡perturba:ve ¡QCD ¡
Jet ¡quenching ¡for ¡high-‑pT ¡data ¡can ¡ be ¡described ¡using ¡perturba:ve ¡ QCD, ¡and ¡a ¡model ¡for ¡the ¡medium. ¡ ¡ Baier-‑Dokshitzer-‑Mueller-‑Peigne-‑ Schiff ¡(BDMPS) ¡1996 ¡ Gyulassy-‑Levai-‑Vitev ¡(GLV) ¡1999 ¡ Higher ¡Twist ¡2000 ¡ Arnold-‑Moore-‑Yaffe ¡(AMY) ¡2001 ¡ B.G. ¡Zakharov ¡(1995) ¡ Variety ¡of ¡approaches, ¡each ¡of ¡the ¡ methods ¡uses ¡slightly ¡different ¡ kinema:cal ¡assump:ons/ approxima:ons. ¡ ¡ Eventually ¡all ¡methods ¡ converged ¡roughly ¡within ¡a ¡ factor ¡of ¡2 ¡
Energy ¡loss ¡approach ¡ Gyulassy, ¡Levai, ¡Vitev ¡2002 ¡ GLV ¡approach ¡(1999) ¡ x=Q + /p + ¡ 10 g /dy=200 − 350 dN Q 0 (17.4 AGeV) WA98 π SPS g /dy=800 − 1200 dN p 0 (130 AGeV) PHENIX π g /dy=2000 − 3500 dN 0 (200 AGeV) PHENIX π 1 ± (200 AGeV) STAR h pp T AA d σ R AA (p T ) RHIC 0.1 LHC 1/2 =17, 200, 5500 AGeV Au+Au at s d σ g medium dN g 1 α s Z d ∆ z Z d 2 q ? el x = C F ( − 2 B 1 · C 1 ) (1 − cos( ω 1 ∆ z )) 0.01 dxd 2 k ? | x ⌧ 1 π 2 d 2 q ? λ g ( z ) σ el 2 10 100 p T [GeV] Energy ¡loss ¡approach, ¡valid ¡in ¡the ¡limit ¡x ¡<< ¡1 ¡ Two ¡relevant ¡spliLngs ¡g-‑>gg ¡and ¡q-‑>qg ¡(remaining ¡2 ¡suppressed ¡by ¡x) ¡
SCET G : ¡Effec:ve ¡Theory ¡for ¡Jets ¡in ¡dense ¡QCD ¡maGer ¡
Soft Collinear Effective Theory 1/Q 1/M J Bauer, Fleming, Luke, Pirjol, Stewart, (00-01) • Clear separation of scales between hard emission, collinear splittings and e + e - soft radiation • In SCET the small parameter λ Λ -1QCD describes how close to the jet axis the collinear emissions occur E • Power counting of SCET requires ψ , A couplings between collinear quarks, Q gluons, and soft gluons ξ n1 , ξ n2, A n1 , A n2 M j Need to include Glauber gluons A s to SCET Λ QCD
SoV ¡Collinear ¡Effec:ve ¡Theory ¡is ¡not ¡enough! ¡ Gyulassy-‑Wang ¡model ¡of ¡QGP, ¡1994 ¡ ye-screened ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ Collinear ¡branchings ¡in ¡the ¡parton ¡shower ¡correctly ¡captured ¡by ¡SCET ¡ Elas:c ¡scaGering ¡with ¡medium ¡quasipar:cles ¡are ¡not ¡included ¡(need ¡to ¡go ¡beyond ¡SCET) ¡ ¡ λ 2 , λ 2 , λ � � Momentum ¡scaling ¡of ¡the ¡t-‑channel ¡gluon: ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ (Glauber ¡gluon) ¡ q ∼
SoV ¡Collinear ¡Effec:ve ¡Theory ¡with ¡ Glauber ¡Gluons ¡ Idilbi, ¡Majumder, ¡2008 ¡ D’Eramo, ¡Liu, ¡Rajagopal, ¡2010 ¡ L SCET G = L SCET + L G ( ξ n , A n , η ) GO, ¡Vitev, ¡2011 ¡ ¡ • Glauber ¡gluons ¡are ¡needed ¡ to ¡describe ¡t-‑channel ¡ exchanges ¡between ¡jets ¡and ¡ medium ¡quasi-‑par:cles ¡ • Emission ¡of ¡collinear ¡ par:cles ¡is ¡described ¡by ¡ SCET ¡Lagrangian ¡ • Allows ¡for ¡calcula:ons ¡ beyond ¡the ¡small ¡x ¡limit ¡
Applica:ons ¡of ¡SCET G ¡ • Gauge ¡invariance ¡explicitly ¡ GO, ¡Vitev, ¡2011 ¡ demonstrated ¡ • Factoriza:on ¡of ¡the ¡ (full ¡x) ¡ q → qg medium-‑induced ¡spliLng ¡ 1 10 from ¡the ¡produc:on ¡proved ¡ L=5 fm, µ =0.75 GeV, λ g =1 fm, α s =0.3 • All ¡four ¡medium-‑induced ¡ 0 (xdN/dx) q − > qg 10 (xdN/dx) spliLngs ¡calculated ¡beyond ¡ No cuts, no recoil, analytics -1 small ¡x ¡approxima:on ¡ No cuts, no recoil, small x approximation, analytics 10 No cuts no recoil, numerics No cuts, no recoil, small x approximation, numerics • In ¡the ¡small ¡x ¡limit ¡only ¡two ¡ -2 10 -3 -2 -1 0 10 10 10 10 spliLngs ¡survive ¡and ¡they ¡ x 0 10 are ¡in ¡agreement ¡with ¡GLV ¡ expressions ¡
What ¡to ¡do ¡with ¡these ¡spliLng ¡func:ons ¡? ¡ • These ¡spliLng ¡func:ons ¡cannot ¡be ¡inserted ¡ into ¡the ¡tradi:onal ¡energy ¡loss ¡calcula:ons ¡ because ¡of ¡flavor ¡changing ¡processes ¡ g → q ¯ q → gq q • Need ¡a ¡new ¡framework ¡beyond ¡energy ¡loss ¡ approach ¡to ¡incorporate ¡the ¡finite ¡x ¡ correc:ons ¡ • This ¡was ¡achieved ¡recently ¡using ¡the ¡QCD ¡ evolu:on ¡approach ¡to ¡jet ¡quenching ¡
Jet ¡quenching ¡from ¡QCD ¡evolu:on ¡
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