[論文レビュー] AdS/CFT predictions for azimuthal and momentum correlations of $b\bar{b}$ pairs in heavy ion collisions

R. Hambrock, W. A. Horowitz|arXiv (Cornell University)|Mar 16, 2017

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、熱揺らぎに感受性を持つAdS/CFTに基づくエネルギー損失モデルを用い、$√{s} = 2.76$ TeVにおけるPb+Pb衝突における$b\bar{b}$対の方位角および運動量相関を計算した。強い結合プラズマは弱い結合プラズマよりも運動量相関をより効果的に保持しており、特に低横運動量（$1-4$ GeV）の$b\bar{b}$対では、強い結合の場合に10倍の生成断面積が得られた。これは、強い結合媒体において運動量相関がより強く保存されることを示唆している。

ABSTRACT

We use an energy loss model sensitive to thermal fluctuations to compute the azimuthal and momentum correlations of $b\bar{b}$ pairs traversing a strongly coupled plasma from Pb+Pb collisions at LHC ($\sqrt{s}=2.76 ext{TeV}$). The azimuthal correlations are compared with those from perturbative QCD based simulations. When restricted to leading order production processes, we find that the strongly coupled correlations of high transverse momentum pairs ($>4 ext{GeV}$) are broadened less efficiently than the corresponding weak coupling based correlations, while low transverse momentum pairs (1-4GeV) are broadened with similar efficiency, but with an order of magnitude more particles ending up in this momentum class. The strong coupling momentum correlations we compute account for initial correlations and reveal that the particle pairs suppressed from initially high momenta to the low momentum domain do not suffice to explain the stark difference to the weak coupling results in momentum correlations for 1-4GeV. From this, we conclude that $b\bar{b}$ pairs are more likely to stay correlated in momentum when propagating through a strongly coupled plasma than a weakly coupled one.

研究の動機と目的

• 強い結合（AdS/CFT）と弱い結合（pQCD）のクォーカン・グルーオンプラズマモデルにおける$b\bar{b}$対の運動量および方位角相関の違いを調査すること。
• 運動量相関が、重イオン衝突における弱い結合と強い結合プラズマ領域を区別するための微分観測量として機能できるかどうかを特定すること。
• 初期の運動量相関と熱揺らぎが、強い結合媒体における最終状態の$b\bar{b}$対分布をどのように形作っているかを評価すること。
• 観測された低-$p_T$相関の差が、初期状態効果に起因するのか、それとも2つのフレームワークにおける異なるエネルギー損失ダイナミクスに起因するのかを評価すること。

提案手法

• 非マークフィアン相関関数を用いて熱揺らぎを組み込んだ、AdS/CFTにインspiredされたランジュバンエネルギー損失モデルを採用。ストキャスティックな運動量キックを含む。
• 強い結合の異なる領域を調査するため、2つの't Hooft結合定数（$\lambda = 5.5$ および $\lambda \approx 11.3$）を用い、$T$ と $\lambda$ を等価にするか、エネルギー密度と $\lambda$ を等価にする。
• FONLL（最低位）およびaMC@NLO（次-leading位）を用いて$b\bar{b}$対生成をシミュレート。パートンシャワリングにはHerwig++、初期空間的分布にはGlauber二重衝突スケーリングを適用。
• ドレインと揺らぎ項を通じて、プラズマ中を通過する際の運動量の時間発展を追跡。$\mu \propto \sqrt{\lambda}T^2/M_Q$ および $\kappa_T \propto \sqrt{\lambda}T^3$ を用い、ノイズの白色でない相関をモデル化。
• 方位角（$dN/d\phi$）および運動量（$dN/d\Delta p_T$）相関を$p_T$チャンクごとに比較。初期運動量クラスの追跡を実施し、抑制効果を分離。
• 一貫性を保つために、過去のpQCD研究と同一の中央度（$40-60\%$）および$p_T$範囲に制限して比較。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $√{s} = 2.76$ TeVにおける強い結合プラズマと弱い結合プラズマにおける$b\bar{b}$方位角相関は、定量的にどのように異なるか？
• RQ2 初期運動量相関が、強い結合と弱い結合モデル間の最終状態運動量分布の差に、どの程度寄与しているか？
• RQ3 なぜAdS/CFTモデルにおける低横運動量（$1-4$ GeV）$b\bar{b}$対の生成断面積がpQCDベースのシミュレーションよりも1桁大きいのか？
• RQ4 弱い結合プラズマにおける高-$p_T$対の強い抑制が、観測された運動量相関の不均衡を説明しているのか、それとも強い運動量揺らぎに起因しているのか？
• RQ5 運動量相関は、弱い結合と強い結合のクォーカン・グルーオンプラズマモデルを区別するための頑健な識別子として機能できるか？

主な発見

• $p_T > 4$ GeVの領域では、AdS/CFTモデルにおける方位角相関はpQCDベースのシミュレーションよりも、角運動量の分解能が劣化しにくく、強い結合の場合に角運動量のデコherenceが弱いことを示している。
• $1-4$ GeVの$p_T$範囲では、運動量相関の広がり具合はpQCDと同程度に保たれるが、その領域に到達する粒子数は10倍にのぼる。
• 初期運動量相関だけでは、観測された約10倍の低-$p_T$生成断面積の差を説明できないため、強い結合モデルが運動量相関をより効果的に保持していることが示唆される。
• データは、強い結合プラズマを通過する際、$b\bar{b}$対が運動量でより強く相関した状態を維持する傾向にあることを示唆している。
• 低-$p_T$[$1-4$] GeVの運動量相関は、$\alpha_s = 0.3$のAdS/CFTモデルではほとんど完全に消失するが、$\lambda = 5.5$モデルでは顕著な構造が保持されており、結合パラメータに敏感であることが示された。
• 結果から、弱い結合プラズマでは運動量揺らぎが強く、これによりデコherenceが進行し、低-$p_T$対がより効率的に高い$p_T$チャンクへと散乱されることが示唆される。