Dijet acoplanarity as a function of flattenicity in proton-proton collisions at $\sqrt{s}=13$ TeV

Resumen Técnico: Acoplanaridad de Dijets en Función de la Flattenicity en Colisiones pp

Planteamiento del Problema
La observación de la formación de Plasma de Quarks y Gluones (QGP) en sistemas pequeños, como las colisiones protón-protón (pp), sigue siendo objeto de debate. Mientras que el enfriamiento de jets (jet quenching) está bien establecido en colisiones de iones pesados (Pb–Pb), su evidencia directa en sistemas pequeños es elusiva. Un desafío significativo en los estudios de pp es el potencial de sesgos de selección introducidos por los clasificadores de eventos utilizados para definir colisiones de "alta actividad". Trabajos previos de ALICE sugirrebbero que el ensanchamiento azimutal observado en estudios de dijets —a menudo interpretado como una firma de jet quenching— puede ser un artefacto de estos sesgos en lugar de un efecto genuino del medio. Específicamente, los estimadores basados en la multiplicidad pueden seleccionar inadvertidamente eventos con propiedades geométricas o de fluctuación específicas que imitan las señales de quenching.

Metodología
Para investigar el impacto de diferentes clasificadores de eventos, los autores utilizaron simulaciones de PYTHIA 8 (ajuste Monash) de 6 mil millones de colisiones pp inelásticas a $\sqrt{s} = 13$ TeV. El estudio se centró en comparar el 0.1% superior de los eventos seleccionados mediante varios clasificadores del LHC ampliamente utilizados:

• Basados en multiplicidad: Multiplicidad de partículas cargadas en pseudorrapidez media ($N_{ch}$), multiplicidad en pseudorapidez frontal (V0M) y el clasificador de actividad transversal relativa ($R_T$).
• Basados en la forma del evento: Esfericidad transversal ($S_T$), esferocidad ($S_0$) y flattenicity ($1-\rho_{n_{ch}}$).

El observable principal utilizado para evaluar los efectos de jet quenching fue la distribución de $\Delta_{recoil}$. Este observable mide la distribución azimutal de los jets de partículas cargadas que retroceden (recoil) de un hadrón disparador (trigger) de alto $p_T$. Para aislar la señal del fondo no correlacionado, los autores emplearon un método de sustracción comparando una clase de señal ($TT_{sig}$, $20 < p_{T,trig} < 30$ GeV/$c$) contra una clase de referencia ($TT_{ref}$, $6 < p_{T,trig} < 7$ GeV/$c$). El análisis examinó las distribuciones resultantes de pseudorrapidez de jet ($\eta_{jet}$), espectros de momento transversal y la cobertura del espacio de fase en el plano $\hat{p}_T$-$N_{mpi}$ (donde $\hat{p}_T$ es el momento transversal de la interacción principal parteón-partón).

Contribuciones Clave y Resultados
El estudio proporciona un análisis comparativo de cómo diferentes clasificadores seleccionan los eventos de colisión, revelando distintos sesgos:

1. Sesgo en los Estimadores Basados en Multiplicidad: Se encontró que los clasificadores como $N_{ch}$, V0M y $R_T$ seleccionan eventos que son "más duros que el promedio" (harder-than-average).

   • Fluctuaciones Locales: La selección de $N_{ch}$ mostró un aumento en la región de pseudorapidez donde se calcula, indicando un sesgo de autocorrelación hacia jets coplanares. La selección de V0M exhibió asimetría, seleccionando preferentemente eventos con jets de retroceso en la aceptación de V0C.
   • Espectros más Duros: Los espectros de momento transversal para los eventos seleccionados por estos estimadores basados en multiplicidad mostraron un sesgo hacia un $p_T$ más alto en comparación con los eventos de multiplicidad mínima (MB).
   • Espacio de Fase: En el plano $\hat{p}_T$-$N_{mpi}$, estos clasificadores cubrieron un rango de $\hat{p}_T$ muy amplio, desviándose significativamente de la tendencia promedio donde $\hat{p}_T$ aumenta con $N_{mpi}$.

2. Sesgo en los Estimadores de Forma de Evento: Se encontró que la esfericidad ($S_T$) y la esferocidad ($S_0$) suprimen las partículas de alto $p_T$ y los jets de retroceso, seleccionando un subconjunto diferente del panorama de la colisión en comparación con los métodos basados en multiplicidad.

3. Desempeño de la Flattenicity: El clasificador basado en flattenicity ($1-\rho_{n_{ch}}$) demostró un comportamiento distinto de los sesgados estimadores de multiplicidad.

   • Sesgo Reducido: Los eventos seleccionados por flattenicity se asemejaron estrechamente a las distribuciones de los eventos MB y a la selección intrínseca de interacción múltiple de partones ($N_{mpi}$) del generador de Monte Carlo. No mostraron aumentos en regiones específicas de pseudorapidez ni desviaciones significativas en el espacio de fase $\hat{p}_T$-$N_{mpi}$.
   • Acoplanaridad de Dijets: Al aplicarse al observable $\Delta_{recoil}(\Delta\phi)$, los eventos disparados con flattenicity no mostraron ensanchamiento azimutal en comparación con los eventos MB. En contraste, la selección V0M reprodujo el ensanchamiento observado previamente en datos experimentales.

Significancia y Reivindicaciones
El artículo concluye que el ensanchamiento azimutal observado en estudios de dijets utilizando estimadores basados en multiplicidad (como V0M) en PYTHIA 8 —el cual no incorpora física de jet quenching— es un artefacto de sesgo de selección y no un efecto físico del medio.

Los autores sostienen que la flattenicity reduce significativamente estos sesgos. Por consiguiente, postulan que la flattenicity es una herramienta prometedora para que los experimentos del LHC refinen las búsquedas de jet quenching en sistemas pequeños. El artículo argumenta que si se observa un efecto de ensanchamiento en estudios futuros utilizando flattenicity, esto proporcionaría una indicación más fuerte de un jet quenching genuino inducido por el medio, ya que los sesgos de selección de confusión asociados con los estimadores basados en multiplicidad se minimizarían. El estudio no pretende haber observado jet quenching en colisiones pp, sino que establece un marco metodológico para distinguir entre el sesgo y los fenómenos físicos.