𝝅𝟎-hadron Correlations in Au+Au Collisions at √𝒔𝑵𝑵 = 𝟐𝟎𝟎 𝑮𝒆𝑽 with PHENIX at RHIC

Abstract

It is expected that our universe had existed as the quark-gluon plasma (QGP) state in the early time right after the Big Bang. The QGP is the deconfined state of quarks and gluons, sometimes compared to a hot dense soup, which is predicted by the asymptotic freedom of quantum chromodynamics. By researching the properties of the QGP, we can indirectly probe what the baby universe was like. The reproduction of the QGP can be acquired from the “Mini Bang” in the collider such as Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC). This thesis uses the data of Au+Au collisions at 200 GeV that were obtained by using the PHENIX detectors at RHIC in 2016. In such heavy-ion collisions, scattered partrons produce the collinear bunch of particles named jet. In the presence of the QGP, scattered partons can be modified due to the strong interaction, thus changing the properties of the resulting jet. By researching this phenomenon known as “jet modification”, the properties of the QGP can be studied. For that analysis, this thesis examines π^0-hadron correlations, which are azimuthal angle differences between π^0 and hadrons. Moreover, the data of p+p collisions at 200 GeV are analyzed and used as the reference. As a result, we observe the tendency of the double ratio R_I to decrease and the tendency of the ratio of the widths of jet signal peaks to increase, as the events go central. In conclusion, we could discover the existence of the jet modification in heavy-ion collisions, and the fact that the jet modification depends on the size of the QGP. The results are consistent with the results from previous work using the data of Au+Au collisions at 200 GeV that were obtained by using the PHENIX detectors at RHIC in 2014.;빅뱅 직후 우리의 우주는 QGP(Quark-Gluon Plasma/쿼크-글루온 플라즈마) 상태로 존재했을 것으로 예측된다. QGP란 쿼크와 글루온이 속박되어 있지 않고, 뜨겁고 밀도 높은 수프와 같이 존재하는 상태를 의미한다. 양자색동역학(QCD)의 특징인 점근적 자유(asymptotic freedom)에 의거해서 QGP의 존재가 예측되었다. QGP의 성질을 연구함으로써, 아기 시절의 우주가 어땠는지 간접적으로 엿볼 수 있다. QGP는 상대론적 중이온 충돌기(RHIC)와 같은 입자 충돌기에서 만들어지는 "미니 뱅(Mini Bang)"을 통해 재현될 수 있다. 본 논문은 2016년 RHIC의 PHENIX 검출기에서 금 이온((_ ^197)〖Au〗^(79+) )을 200 GeV로 충돌시켜서 얻은 데이터를 사용하였다. 이러한 중이온 충돌 과정에서 파톤들이 산란하는데, 그 산란한 파통들이 동일한 선상의 입자 묶음인 제트(jet)를 생성시킨다. QGP가 존재하는 경우, 산란과정에서 생성되는 입자는 강한 상호작용을 겪고, 그로 인해 에너지나 운동량 같은 물리량이 변할 수 있다. 따라서 QGP 매질에 의해 성질이 변형되는 파톤들로 만들어진 제트(jet)도 QGP 매질에 의해 그 성질이 변형된다고 할 수 있는데, 이러한 현상을 제트 변형(jet modification)이라고 한다. 이를 연구함으로써 QGP의 성질을 연구할 수 있다. 이 논문에서는, 같은 충돌 이벤트에서 발생한 파이 중간자(π^0)와 강입자 사이의 방위각 차이인 π^0-강입자 상관관계(π^0-hadron correlations)를 통해 제트 변형을 연구하고자 한다. 그리고 그 결과를 양성자(p)를 200 GeV로 충돌시켜서 얻은 데이터에서 얻은 결과와 비교하였다. 분석 결과에서 이벤트의 중심성이 높을수록(central) 이중 비율인 R_I가 감소하고, 제트 신호의 너비가 증가하는 경향성을 확인하였다. 결론적으로, 중이온 충돌에서 제트 변형이 일어나는 것과, 그 제트 변형이 이벤트의 중심성에 의존한다는 사실을 발견할 수 있었다. 이 결과는 2014년에 시행된 PHENIX의 200 GeV 금 이온 충돌실험에서 얻은 데이터로 분석한 결과와 일치한다.