[論文レビュー] Anisotropic flow and flow fluctuations of identified hadrons in Pb$-$Pb collisions at $\sqrt{s_{\mathrm{NN}}}$ = 5.02 TeV

Acharya, Shreyasi, Adamova, Dagmar+1045 more|arXiv (Cornell University)|Jun 9, 2022

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 2

ひとこと要約

本論文は、√sNN = 5.02 TeV の Pb–Pb 衝突において、2次および4次粒子積算量を用いて、識別されたハドロン（π±、K±、p+p、K0S、Λ+Λ、φ、Ξ−+Ξ+、Ω−+Ω+）の最初の pT 依存測定を、楕円流れ（v2）および流れ揺らぎについて報告する。低 pT では質量順序が観察され、中間的 pT では構成クォークスケーリングが確認され、粒子種に依存する流れ揺らぎは最終状態のハドロン相互作用が顕著であることを示唆する。CoLBT モデルとの比較により、全 pT スペクトルにわたり、流体力学的挙動、凝集、ジェット断片化の重要性が裏付けられる。

ABSTRACT

The first measurements of elliptic flow of $π^\pm$, ${ m K}^\pm$, p+$\overline{ m p}$, ${ m K_{S}^0}$, $Λ$+$\overlineΛ$, $ϕ$, $Ξ^-$+$Ξ^+$, and $Ω^-$+$Ω^+$ using multiparticle cumulants in Pb$-$Pb collisions at $\sqrt{s_{ m NN}}$ = 5.02 TeV are presented. Results obtained with two- ($v_2\{2\}$) and four-particle cumulants ($v_2\{4\}$) are shown as a function of transverse momentum, $p_{ m T}$, for various collision centrality intervals. Combining the data for both $v_2\{2\}$ and $v_2\{4\}$ also allows us to report the first measurements of the mean elliptic flow, elliptic flow fluctuations, and relative elliptic flow fluctuations for various hadron species. These observables probe the event-by-event eccentricity fluctuations in the initial state and the contributions from the dynamic evolution of the expanding quark-gluon plasma. The characteristic features observed in previous $p_{ m T}$-differential anisotropic flow measurements for identified hadrons with two-particle correlations, namely the mass ordering at low $p_{ m T}$ and the approximate scaling with the number of constituent quarks at intermediate $p_{ m T}$, are similarly present in the four-particle correlations and the combinations of $v_2\{2\}$ and $v_2\{4\}$. In addition, a particle species dependence of flow fluctuations is observed that could indicate a significant contribution from final state hadronic interactions. The comparison between experimental measurements and CoLBT model calculations, which combine the various physics processes of hydrodynamics, quark coalescence, and jet fragmentation, illustrates their importance over a wide $p_{ m T}$ range.

研究の動機と目的

• √sNN = 5.02 TeV の Pb–Pb 衝突における識別ハドロンの pT 依存の非対称流れ（v2）を、多粒子積算量を用いて測定すること。
• v2{2} および v2{4} データから平均楕円流れ、楕円流れの揺らぎ、相対的楕円流れの揺らぎを抽出し、初期状態の幾何的揺らぎおよびクォーク–グルーオンプラズマの動的進化を調査すること。
• 粒子種に依存する流れ揺らぎを通じて、初期状態の幾何、流体力学的拡張、最終状態のハドロン相互作用の相乗的役割を調査すること。
• 流体力学、クォーク凝集、ジェット断片化を統合した CoLBT モデルの予測能力を、広い pT 範囲にわたる実験データと照合して検証すること。

提案手法

• 非フロー相関を低減し、流れ揺らぎを抽出するために、2粒子積算量（v2{2}）および4粒子積算量（v2{4}）を用いた v2 測定。
• v2{2} および v2{4} データの組み合わせから、平均 v2、流れ揺らぎ（σv2）、相対的流れ揺らぎ（σv2 / ⟨v2⟩）を抽出。
• 複数の中心性ビンにわたり、複数のハドロン種（メソン、バリオン、共鳴子）の pT 依存 v2 を分析し、系の進化を研究。
• 粘性流体力学、クォーク凝集、ジェット断片化を含む CoLBT モデル計算と実験結果を比較。
• アズィムス角の粒子分布のフーリエ展開を用いて、v2 = ⟨cos[2(ϕ − Ψ2)]⟩ を定義。ここで Ψ2 はイベントごとの対称性平面である。
• 積算量ベースの手法を適用し、非フロー効果を抑制し、高密度イベントにおける真の流れ相関を分離。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 5.02 TeV の Pb–Pb 衝突において、異なる識別ハドロン種の楕円流れおよびその揺らぎは、どのように横断的運動量（pT）に依存するか？
• RQ2 観測された v2 パatters（低 pT での質量順序、中間的 pT での構成クォークスケーリング）は、4粒子積算量測定においても維持されるか？
• RQ3 粒子種に依存する流れ揺らぎは、拡張するクォーク–グルーオンプラズマ内での最終状態のハドロン散乱の役割をどのように明らかにするか？
• RQ4 流体力学、凝集、ジェット断片化を統合した CoLBT モデル計算は、全 pT 依存の v2 および揺らぎデータをどの程度よく記述できるか？

主な発見

• 低 pT における v2 の質量順序（重い粒子でやや弱い）は、4粒子積算量測定においても保持され、集団的拡張および熱化の起源を確認する。
• 中間的 pT（200 MeV/c < pT < 1.0 GeV/c）において、v2{2} および v2{4} の両方で構成クォーク数に比例する近似スケーリングが観察され、クォーク凝集が主要な生成メカニズムであることを支持する。
• 流れ揺らぎに顕著な粒子種依存性が観測され、重いハドロン（例：Ξ、Ω）は相対的揺らぎが大きく、最終状態のハドロン再散乱による非自明な寄与が示唆される。
• 流体力学、クォーク凝集、ジェット断片化を含む CoLBT モデルは、v2 および流れ揺らぎの全 pT スペクトルをよく記述しており、3つのメカニズムの重要性を強調する。
• v2{2} および v2{4} の組み合わせにより、識別ハドロンの平均 v2、σv2、相対的 σv2 / ⟨v2⟩ の最初の抽出が可能となり、イベントごとの初期幾何揺らぎへの新たなアクセスが得られる。
• データから非ガウス的初期状態揺らぎが推定され、従来の研究と整合的であり、pT 依存の揺らぎを通じてその流れへの影響が調査される。