[論文レビュー] Acoustic scaling of anisotropic flow in shape-engineered events: implications for extraction of the specific shear viscosity of the quark gluon plasma

R. Lacey, D. Reynolds+6 more|arXiv (Cornell University)|Nov 7, 2013

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、形状設計された重イオン衝突における異方性流れの音響スケーリングを用いた二重経路法を提案し、クォーク- gluonプラズマの比ねつ性 viscosity $(\eta/s)_{ΠQP}$ を抽出する。粘性流体力学モデルからのスケーリングパラメータ $\beta'$ と $\beta''$ のキャリブレーションにより、Au+Au で $\sqrt{s_{NN}} = 0.2$ TeV の場合 $\langle 4\pi\eta/s \rangle_{ΠQP} \sim 1.3 \pm 0.2$、Pb+Pb で $2.76$ TeV の場合 $2.2 \pm 0.2$ を報告し、初期状態の幾何モデルに依存しない結果を得た。

ABSTRACT

It is shown that the acoustic scaling patterns of anisotropic flow for different event shapes at a fixed collision centrality (shape-engineered events), provide robust constraints for the event-by-event fluctuations in the initial-state density distribution from ultrarelativistic heavy ion collisions. The empirical scaling parameters also provide a dual-path method for extracting the specific shear viscosity $(η/s)_\mathrm{QGP}$ of the quark-gluon plasma (QGP) produced in these collisions. A calibration of these scaling parameters via detailed viscous hydrodynamical model calculations, gives $(η/s)_\mathrm{QGP}$ estimates for the plasma produced in collisions of Au+Au ($\sqrt{s_{NN}}= 0.2$ TeV) and Pb+Pb ($\sqrt{s_{NN}}= 2.76$ TeV). The estimates are insensitive to the initial-state geometry models considered.

研究の動機と目的

• 初期状態の幾何モデルに依存するのを最小限に抑えることで、異方性流れ測定からの比ねつ性 viscosity $(\eta/s)_{\mathrm{QGP}}$ の抽出における不確実性を低減すること。
• 形状設計された衝突事象を用いて、イベントごとの初期密度フラクチュエーションを強固に制約すること。
• 音響スケーリングを $v_n$ と $n^2$、$1/\bar{R}$ に関して用いる二重経路法を確立し、$(\eta/s)_{\mathrm{QGP}}$ を推定すること。
• 粘性流体力学モデルを用いてスケーリングパラメータをキャリブレーションし、Au+Au および Pb+Pb 衝突における $(\eta/s)_{\mathrm{QGP}}$ の定量的推定値を抽出すること。
• MC-Glauber および MC-KLN 初期条件を用いたテストにより、この手法が初期幾何モデルに敏感でないことを検証すること。

提案手法

• 本手法は、$\ln(v_n / \varepsilon_n) \propto -\beta n^2 / \bar{R}$ と表される、$n^2$ および $1/\bar{R}$ に関する異方性流れ係数 $v_n$ の音響スケーリングを用いる。ここで $\beta \sim \frac{4}{3} \frac{\eta}{Ts}$ である。
• $\beta'$ および $\beta''$ は、それぞれ $\ln(v_n / \varepsilon_n)$ 対 $n^2$ および $1/\bar{R}$ の線形フィットから抽出され、$\eta/s$ を制約する。
• MC-Glauber および MC-KLN 初期条件を用いた粘性流体力学モデル計算により、既知の $4\pi\eta/s$ 値と照らし合わせて $\beta'$ および $\beta''$ をキャリブレーションする。
• イベントごとの初期密度のフラクチュエーションを分離するために、$q_{2\text{(Lo)}}$、$q_{2\text{(Avg.)}}$、および $q_{2\text{(Hi)}}$ で定義される形状設計された事象を用いる。
• $\beta'$ および $\beta''$ と $4\pi\eta/s$ のキャリブレーション曲線を用いて、$v_n$ および $\varepsilon_n$ の実験データから $\eta/s$ を抽出する。
• モデル予測と STAR および CMS データの比較により、$\ln(v_n / \varepsilon_n)$ 対 $n^2$ および $1/\bar{R}$ の線形スケーリングパターンが確認され、手法の妥当性が検証された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 形状設計された事象における異方性流れの音響スケーリングは、初期状態密度フラクチュエーションを強固に制約できるか？
• RQ2 $\ln(v_n / \varepsilon_n)$ の $n^2$ および $1/\bar{R}$ へのスケーリングは、モデルに依存しない $(\eta/s)_{\mathrm{QGP}}$ の抽出を可能にするか？
• RQ3 この手法を用いた場合、Au+Au および Pb+Pb 衝突における $(\eta/s)_{\mathrm{QGP}}$ の定量的推定値は何か？
• RQ4 抽出された $(\eta/s)_{\mathrm{QGP}}$ 値は、初期状態幾何モデルの選択にどれほど敏感か？
• RQ5 同じデータから $\beta'$ および $\beta''$ を用いた二重経路法が、一貫した $(\eta/s)_{\mathrm{QGP}}$ 推定値をもたらすか？

主な発見

• 粘性流体力学モデルにおいて、$\ln(v_n / \varepsilon_n)$ の $n^2$ および $1/\bar{R}$ への音響スケーリングが妥当であることが確認され、期待される指数関数的依存性が得られた。
• $\beta'$ および $\beta''$ が $4\pi\eta/s$ に敏感であることが判明し、$(\eta/s)_{\mathrm{QGP}}$ を抽出するためのキャリブレーションが可能となった。
• Au+Au 衝突で $\sqrt{s_{NN}} = 0.2$ TeV の場合、本手法により $\langle 4\pi\eta/s \rangle_{\mathrm{QGP}} \sim 1.3 \pm 0.2$ が得られ、MC-Glauber および MC-KLN 初期条件の両方で一貫性を示した。
• Pb+Pb 衝突で $\sqrt{s_{NN}} = 2.76$ TeV の場合、本手法により $\langle 4\pi\eta/s \rangle_{\mathrm{QGP}} \sim 2.2 \pm 0.2$ が得られ、初期幾何モデルに依存しない一貫性を示した。
• 抽出された $(\eta/s)_{\mathrm{QGP}}$ 値は初期状態幾何モデルに依存しないため、本手法の堅牢性が示された。
• 最近の $v_2$ および $v_3$ の統合解析からの推定値と妥当な一致を示し、二重経路スケーリング手法の信頼性が裏付けられた。