[論文レビュー] Azimuthal anisotropies in p+Pb collisions from classical Yang-Mills dynamics

Björn Schenke, Sören Schlichting+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 4, 2015

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 12

ひとこと要約

この論文は、古典的ヤンミルズ（CYM）シミュレーションを用いて、p+Pb衝突における初期状態の方位角的非等方性を研究し、衝突直後に色場ドメインにおけるイベントごとの回転対称性の破れによってグルーオンが急速に $v_2(p_T)$ を発達させることを示している。一方、$v_3(p_T)$ は $\tau \lesssim 0.4$ fm/c の間に動的に生成される。これに対して、Pb+Pb衝突では、相関のないドメインの数が多いことから初期非等方性が著しく小さい。これは、大型系では最終状態効果が支配的であることを示唆している。

ABSTRACT

We compute single and double inclusive gluon distributions in classical Yang-Mills simulations of proton-lead collisions and extract the associated transverse momentum dependent Fourier harmonics $v_2(p_T)$ and $v_3(p_T)$. Gluons have a large $v_2$ in the initial state, while odd harmonics such as $v_3$ vanish identically at the initial time $\ au=0^{+}$. By the time $\ au \\lesssim 0.4\\,{\ m fm/c}$ final state effects in the classical Yang-Mills evolution generate a non-zero $v_{3}$ and only mildly modify the gluon $v_{2}$. Unlike hydrodynamic flow, these momentum space anisotropies are uncorrelated with the global spatial anisotropy of the collision. A principal ingredient for the generation of $v_2$ and $v_3$ in this framework is the event-by-event breaking of rotational invariance in domains the size of the inverse of the saturation scale $Q_s$. In contrast to our findings in p+Pb collisions Yang-Mills simulations of lead-lead collisions generate much smaller values of $v_{2,3} (p_T)$ and additional collective flow effects are needed to explain experimental data. This is because the locally generated anisotropy due to the breaking of rotational invariance is depleted with the increase in the number of uncorrelated domains.

研究の動機と目的

• 最終状態の流体力学的モデルを超えて、高多重度 p+Pb 衝突における方位角的非等方性 $v_2(p_T)$ と $v_3(p_T)$ の起源を調査すること。
• 特に、イベントごとの回転対称性の破れを伴う色場からの初期状態効果が、小スケール系における運動量空間の非等方性を顕著に生成できるかどうかを特定すること。
• CYM シミュレーションにおけるグルーオン分布の分析を通じて、p+Pb と Pb+Pb 衝突における初期状態対比最終状態ダイナミクスの相対的重要性を比較すること。
• p+Pb 衝突で観測されたリッジ構造が、最終状態の集団的流れを仮定せずに初期状態の相関によって説明可能かどうかを評価すること。

提案手法

• 高エネルギーでの陽子- lead 衝突および lead-lead 衝突の初期時空動的挙動をシミュレートするために、古典的ヤンミルズ（CYM）方程式を数値的に解く。
• 陽子と原子核は、高密度かつグルーオン占有数の高い系としてモデル化され、初期条件は色ガラスコンデンエート（CGC）フレームワークから導出される。
• 単一および二重包含グルーオン分布を計算し、横運動量依存のフーリエ調和 $v_2(p_T)$ と $v_3(p_T)$ を抽出する。
• 非平衡ダイナミクスの役割を評価するために、$\tau = 0^+$ から $\tau \lesssim 0.4$ fm/c にかけて非等方性の時間発展を追跡する。
• 衝突パラメータの異なる p+Pb および Pb+Pb 衝突を比較することで、空間的非等方性およびドメイン相関の影響を分析する。
• イベントごとの回転不変性の破れの役割を、局在化した色場ドメインの数と相関性を調べることで定量的に評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 p+Pb 衝突における初期状態ダイナミクスが、最終状態の集団的流れを仮定せずに顕著な $v_2(p_T)$ と $v_3(p_T)$ を生成できるか。
• RQ2 データで観測された $v_3(p_T)$ の大部分が、流体力学的流れではなく、初期非平衡ヤンミルズダイナミクスに起因する程度はどの程度か。
• RQ3 同じ最終状態多重度であっても、Pb+Pb 衝突における初期状態非等方性が p+Pb 衝突に比べて著しく小さいのはなぜか。
• RQ4 局在化した色場ドメインの数と相関性が、異なる衝突系における $v_2$ と $v_3$ の大きさにどのように影響するか。

主な発見

• p+Pb 衝突におけるグルーオンは、$\tau = 0^+$ で大きな初期 $v_2(p_T)$ を示しており、$v_2$ がイベントごとの回転対称性の破れによって主に初期状態で生成されていることを示している。
• $v_3(p_T)$ は $\tau = 0^+$ で正確にゼロであるが、$\tau \lesssim 0.4$ fm/c の間に顕著に増加しており、非平衡ヤンミルズダイナミクスに起因する動的生成を示している。
• 初期 $v_2$ と $v_3$ は、衝突の全体的な空間的非等方性とは相関がなく、流体力学的流れに起因する非等方性とは明確に区別される。
• Pb+Pb 衝突では、相関のない色場ドメインの数が多いことから、初期 $v_2$ と $v_3$ は p+Pb 衝突に比べて著しく小さい。
• p+Pb 衝突では初期状態非等方性が少数の相関ドメインに支配されているが、Pb+Pb 衝突ではドメイン数の増加によりグルーオンスペクトルはほぼ等方的になる。
• これらの結果は、p+Pb 衝突において初期状態効果が無視できないことを示しており、理論的モデルに組み込む必要がある。一方、$p_T \leq 2$ GeV では Pb+Pb 衝突においては最終状態効果が支配的である。