[論文レビュー] Anisotropic emission of direct photons from Au+Au collisions at $\sqrt {s_{ m NN}}=200~{ m GeV}$ with EPOS3 and IP-Glasma

Fuming Liu, Sheng-Xu Liu+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 30, 2015

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ひとこと要約

本論文は、√sNN = 200 GeV の Au+Au collision において、直接光子の楕円流動のパズルを解消する新しい解決策を提示する。EPOS3 は、追加パラメータを導入せず、全中央度で測定された横運動量スペクトル、v₂、および v₃ を同時に再現できる流体力学的モデルである。主なメカニズムは、低い運動量の偏心度を補償する強力な径方向流れであり、これは早期に放出されたにもかかわらず、大きな光子の非対称性を生み出す。

ABSTRACT

The observed large elliptic flow ($v_2$) of direct photons in relativistic heavy ion collisions challenges us to explain. In this paper we consider only two sources of direct photons, prompt photons and thermal photons. Prompt photons are calculated with QCD to next leading order, which fits well the spectra at high transverse momentum ($p_{ m t}$) region. Thermal photons are calculated with AMY rate in a 3+1D viscous hydrodynamical evolution of the collision systems. Two types of initial conditions, EPOS3 and IP-Glasma, are employed. Our results with IP-Glasma initial condition agree with results in published work in most cases, and the difference tells the regions effected by the absence of viscous correction in photon emission rate. Because both models are well constrained with hadron data, the hydrodynamic evolution of collision systems in the two models have many common. However, the transverse velocity of the collective motion are quite different. This makes a big difference in the anisotropic emission of direct photon emission. The observed large elliptic flow of direct photons is reproduced with EPOS3 hydrodynamic evolution.

研究の動機と目的

• √sNN = 200 GeV の Au+Au collision における長年の直接光子楕円流動 (v₂) のパズルを解消すること。
• EPOS3 という流体力学的モデルが、新たなパラメータを導入せずに、ハドロンと直接光子の観測量を同時に記述できるかどうかを検証すること。
• 早期に放出されたにもかかわらず、大きな光子非対称性を生成する要因としての径方向流れと運動量偏心度の役割を調査すること。
• EPOS3 の系の進化を Glauber 初期状態の流体力学的モデル (Hirano) と比較し、強化された光子流動の起源を特定すること。
• EPOS3 の離散的物質分布（有効体積が小さいが、強い径方向流れを有する）が、QGP の遅延形成や初期流れの非ゼロ仮定とは対照的に、光子 v₂ パズルの解決に有効な代替手段であるかどうかを検討すること。

提案手法

• 全中央度クラス（0–20%、20–40%、40–60%）における √sNN = 200 GeV の Au+Au collision を EPOS3 を用いてシミュレーションした。
• NLO レベルのプロンプト光子と QGP における AMY 率、およびハドロン相における TRG 率を用いて、直接光子スペクトルを計算した。
• プロンプト光子がゼロの流れを有すると仮定し、vₙ = vₙ^th × N^th / (N^th + N^pr) の式を用いて光子の流れを計算した。
• イベント平面角度 Ψₙ を、光子放出角度の方位平均 ⟨sin nϕ⟩ と ⟨cos nϕ⟩ を用いて抽出した。
• EPOS3 と Hirano の (3+1) 次元流体力学的モデルを比較し、径方向流れと空間構造の影響を分離した。
• EPOS3 の径方向流れを 50% に低減するテストを実施し、T と ε₂ を一定に保ったまま、その影響が光子 v₂ および v₃ に与える影響を定量化した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 EPOS3 は、追加パラメータを導入せず、全中央度で直接光子の横運動量スペクトル、v₂、および v₃ を同時に再現できるか？
• RQ2 早期に放出されたにもかかわらず、径方向流れが熱的光子の大きな楕円および三角流動を生成する上で果たす役割は何か？
• RQ3 EPOS3 において、径方向流れと運動量偏心度 εₚ,₂ の相乗作用が、観測された光子非対称性をどのように説明できるか？
• RQ4 EPOS3 で径方向流れを低減すると、光子 v₂ および v₃ が著しく抑制されるが、ハドロンにはそれほど大きな影響がないのはなぜか？
• RQ5 EPOS3 の離散的物質分布（有効体積が小さく、強い径方向流れを有する）が、QGP の遅延形成とは対照的に、光子 v₂ パズルの解決に有効な代替手段であると見なせるか？

主な発見

• EPOS3 は、全中央度で √sNN = 200 GeV の Au+Au collision における直接光子の横運動量スペクトル、v₂、および v₃ を、PHENIX のデータと誤差範囲内で正確に再現した。
• EPOS3 における直接光子の楕円流動 v₂ は、全中央度でデータと非常に良好に一致しており、v₃ についても実験的誤差範囲内に収まっている。
• EPOS3 の径方向流れを 50% に低減すると、熱的光子の v₂ および v₃ が 5 倍以上も抑制されるが、温度と空間的偏心度は変化しない。
• EPOS3 の径方向流れは Hirano 流体力学的モデルの約 2 倍であり、これにより低い運動量偏心度を補って、同程度のハドロン v₂ を生み出している。
• EPOS3 は、冷たい空洞を有する離散的物質分布のおかげで、Hirano よりも 30% 小さな有効体積を持つが、空間的偏心度は同程度に保たれている。
• 運動量偏心度の方向 Φ は、大きさだけでなく、v₂ と v₃ の差に顕著な影響を及ぼすことが示され、流れ生成における角度相関の重要性が強調された。