[論文レビュー] Anisotropic particle production and azimuthal correlations in high-energy pA collisions

Adrian Dumitru, A. Giannini+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 12, 2015

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、高エネルギーpA衝突における方位的非等方性な粒子生成が、標的核内の小xグルーオン分布の方位的非等方性に起因することを提案し、多粒子積算量における非接続的寄与を生じるとする。McLerran-Venugopalanモデルと勾配展開を用いて、これらの寄与が大きな非等方性において支配的になるとともに、四粒子楕円積算量 $c_2\{4\\$ に符号反転を引き起こすことが示され、一方で接続的寄与は弱い $m$-依存性を示し、期待外れのコherenceを示す。これは従来の非フロー効果とは異なる新しいメカニズムを提供する。

ABSTRACT

We summarize some recent ideas relating to anisotropic particle production in high-energy collisions. Anisotropic gluon distributions lead to anisotropies of the single-particle azimuthal distribution and hence to disconnected contributions to multi-particle cumulants. When these dominate, the four-particle elliptic anisotropy $c_2\{4\}$ changes sign. On the other hand, connected diagrams for $m$-particle cumulants are found to quickly saturate with increasing $m$, a ``coherence'' quite unlike conventional ``non-flow'' contributions such as decays. Finally, we perform a first exploratory phenomenological analysis in order to estimate the amplitude ${\cal A}$ of the $\cos(2φ)$ anisotropy of the gluon distribution at small $x$, and we provide a qualitative prediction for the elliptic asymmetry from three-particle correlations, $c_2\{3\}$.

研究の動機と目的

• RHICおよびLHCにおける小システム（p+Pbおよびd+Au）で観測された長距離方位的相関の起源を理解すること。
• pA衝突における半ハード粒子生成が、標的核内の非等方的小xグルーオン分布によって説明可能かどうかを調査すること。
• 高エネルギーQCDの文脈において、多粒子積算量への非接続的および接続的寄与を区別すること。
• 小xにおけるグルーオン分布の非等方性振幅 $\mathcal{A}$ の現象論的推定値を提供すること。
• このメカニズムが $v_2\{3\}$ や高次積算量に与える影響を、従来の非フロー効果と対比して探ること。

提案手法

• 密度の高い標的核の半古典的・非等方的グルーオン場を記述するために、古典的 McLerran-Venugopalan (MV) モデルを用いる。
• eikonal近似におけるダイポールS行列の勾配展開を適用し、散乱断面積を $r^4$ 階層まで計算する。
• m粒子相関関数における接続的および非接続的寄与を分離することで、多粒子積算量 $c_2\{m\}$ の式を導出する。
• 現象論的解析として、$\cos(2\varphi)$ の非等方性振幅 $\mathcal{A}$ を用い、$A_4 = \mathcal{A}^2$ を仮定することで余分なパラメータを避ける。
• 大きな非等方性極限における積算量の振る舞いを解析し、非接続的図が $c_2\{4\}$ を支配し、符号反転を引き起こすことを示す。
• 接続的寄与のコherenceを従来の非フロー効果と比較し、長距離ラピディティ構造と弱い $m$-依存性に注目する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標的核内の非等方的小xグルーオン分布が、p+Pbおよびd+Au衝突で観測された長距離方位的相関を説明できるか？
• RQ2 多粒子積算量における非接続的図と接続的図の役割は何か？また、それらは $c_2\{4\}$ の符号にどのように影響を与えるか？
• RQ3 接続的寄与による $c_2\{m\}$ の $m$-依存性は、CGCダイナミクスと従来の非フロー効果とどのように異なるか？
• RQ4 グルーオン分布の非等方性振幅 $\mathcal{A}$ の現象論的推定値は何か？また、これにより $v_2\{3\}$ にどのような予測が得られるか？
• RQ5 方位的積算量とTMD因子化における線形偏光グルーオン $h_1^{\perp g}$ の分布との間に何らかの関係があるか？

主な発見

• 非接続的寄与が支配的になると、四粒子楕円積算量 $c_2\{4\}$ が符号反転する。これは、小xグルーオン場における強い非等方性の兆候である。
• 接続的寄与による $c_2\{m\}$ は予想外のコherenceを示し、$m \to \infty$ の極限で定数値に近づくが、従来の非フロー効果とは異なる。
• 現象論的推定値 $\mathcal{A}$ を用いた解析により、半ハードな横運動量領域における三粒子積算量 $c_2\{3\}$ は2–4%の範囲に予測される。
• S行列の $r^2$ 階層における $\cos(4\varphi)$ 成分が、$c_2\{3\}$ に非自明な寄与をもたらし、$c_2\{3\} = \frac{1}{N_D^2} \frac{A_4 \mathcal{A}^2}{8}$ が成り立つ。
• モデルは、接続的積算量の $m$-依存性が弱く、速やかに飽和することを予測しており、これは非フロー効果の崩壊に基づくものとは異なる形のコherenceを示唆する。
• MVモデルにおける明示的計算により、非等方性振幅 $\mathcal{A}(r)$ が高運動量領域での $v_2\{1\}(p_T)$ に一致し、線形偏光グルーオン $h_1^{\perp g}(r)$ の分布とも一致することが示され、TMD因子化との関連が示唆される。