[論文レビュー] (3+1)-D viscous hydrodynamics CLVisc at finite net baryon density: identified particle spectra, anisotropic flows and flow fluctuations across BES energies

Xiang-Yu Wu, Guang-You Qin+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 11, 2021

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、(3+1)-次元の粘性流体力学モデルCLViscを、ニュートロン数保存とアイザラ・シュタウールド型方程式によるバリオン拡散を組み込むことで拡張し、NEOS-BQS状態方程式とモンテカルロ・グローバー法によるイベント別初期条件を用いる。このモデルは、RHIC-BESエネルギー範囲（7.7–62.4 GeV）における特定粒子のスペクトル、非等方的流れ、流れの揺らぎをうまく再現し、径方向流れの増大に起因するエネルギーに伴う平均横運動量と流れのわずかな増加を示す。また、相対的楕円流れ揺らぎは衝突エネルギーにほとんど依存せず、STARのデータと整合的であることが判明した。

ABSTRACT

To study the bulk properties of the quark-gluon-plasma (QGP) produced at the beam energy scan (BES) energies at the Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), we extend the (3+1)-dimensional viscous hydrodynamics CLVisc to include net baryon number conservation and Israel-Stewart-like equation for baryon diffusion with the NEOS-BQS equation of state, fluctuating initial conditions from Monte-Carlo Glauber model, and the afterburner SMASH. This integrated framework is shown to provide a good description of identified particle spectra, mean transverse momenta and anisotropic flows for different centralities and over a wide range of collision energies (7.7-62.4 GeV). It is found that the mean momenta of identified particles and anisotropic flows increases mildly with the collision energy due to larger radial flow. We further compute the multiple-particle cumulant ratio $v_2\{4\}/v_2\{2\}$ of elliptic flow across BES energies, and find that the relative fluctuations of elliptic flow are insensitive to the collision energy, consistent with the preliminary STAR data. Our model provides a benchmark for understanding the RHIC-BES data and studying the critical properties and phase structure of hot and dense QCD matter.

研究の動機と目的

• RHIC-BESエネルギーにおけるQGPを研究するため、有限のネットバリオン密度を組み込んだ現実的なイベント別流体力学フレームワークの構築を目的とする。
• 低エネルギー重イオン衝突においてバリオン数保存と拡散効果が無視できないため、標準的流体力学の限界を克服することを目的とする。
• QCD相図、特に臨界点の探査を含めたQGPの巨視的性質を理解するためのベンチマークモデルを提供することを目的とする。
• 一貫した初期条件、状態方程式、およびアフターバーナーを用いて、QCD物質の前平衡状態から化学的凍結までの全過程のシミュレーションを実施することを目的とする。

提案手法

• CLViscの(3+1)次元粘性流体力学コードを、ネットバリオン数保存と2次形式のアイザラ・シュタウールド型方程式によるバリオン拡散流を組み込むように拡張する。
• 運動方程式を閉じるために、有限のバリオン化学ポテンシャルを考慮したNEOS-BQS状態方程式を用いる。
• モンテカルロ・グローバー法を用いて、イベント別シミュレーションのための揺らぎのある初期エネルギー密度およびネットバリオン密度プロファイルを生成する。
• 流体力学段階以降の希釈ハドロンガスの動的進化をシミュレートするためにSMASHアフターバーナーを適用する。
• 幅広いビームエネルギー範囲（7.7–62.4 GeV）および中央度でイベント別シミュレーションを実施し、スペクトル、流れ、累積率比などの観測量を計算する。
• 多粒子累積率比、たとえば$v_2\{2\}/v_2\{4\}$を計算し、流れの揺らぎとそのエネルギー依存性を定量的に評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 BESエネルギー範囲において、特定粒子スペクトルと平均横運動量は、衝突エネルギーと中央度にどのように依存するか？
• RQ2 非等方的流れ（$v_2$, $v_3$）はビームエネルギーに伴いどの程度増加するのか。その増加の背後にあるメカニズムは何か？
• RQ3 相対的流れ揺らぎ、すなわち$v_2\{2\}/v_2\{4\}$は、衝突エネルギーと中央度にどのように依存するか？
• RQ4 本モデルの流れ揺らぎ予測は、BESエネルギー範囲の初期STARデータと整合的か？
• RQ5 粘性流体力学にバリオン拡散と有限バリオン密度を組み込むことで、低エネルギー域における粒子スペクトルと流れの記述が改善されるか？

主な発見

• モデルは、7.7–62.4 GeVの範囲で、特定粒子スペクトルと平均横運動量の質量依存性、中央度依存性、衝突エネルギー依存性をうまく再現した。
• 平均横運動量はビームエネルギーと中央度に伴いわずかに増加し、これは密度が高く、より中央に近い系における径方向流れの増大に起因する。
• 陽子の平均横運動量は、パイオンやカイオンよりも衝突エネルギーに敏感であり、これは径方向流れの支配的効果に一致する。
• 楕円（$v_2$）および三角（$v_3$）流れはビームエネルギーに伴いわずかに増加し、初期幾何形状の変化ではなく、増大する径方向流れに起因する。
• 多粒子累積率比$v_2\{2\}/v_2\{4\}$は中央度に非単調な依存性を示し、幾何的効果が支配的である中中央度領域で相対的揺らぎが最小となる。
• 相対的楕円流れ揺らぎ（$v_2\{2\}/v_2\{4\}$）は衝突エネルギーにほとんど依存せず、初期STARデータと整合的である。