[論文レビュー] Beam-energy dependence of the azimuthal anisotropic flow from RHIC

N. Magdy|arXiv (Cornell University)|Sep 20, 2019

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 19被引用数 4

ひとこと要約

本論文では、RHICにおけるAu+Au衝突（√sₙₙ = 7.7–200 GeV）において、擬動真度ギャップを用いた二粒子相関法と同時に全球運動量保存（GMC）を考慮したフィッティング手法を用いて、ビームエネルギーに依存する方位的非等方的流れ係数（vₙおよびv₁^{even}）の測定を報告する。主な結果として、pₜが増加するに従い、v₁^{even}が負から正に変わる遷移が系atically観測され、初期状態の幾何的フラクチュエーションに対する流体力学的応答を確認した。一方、vₙは温度駆動の粘性効果に一致するエネルギー依存性を示す。

ABSTRACT

Recent STAR measurements of the anisotropic flow coefficients (v$_{n}$) are presented for Au+Au collisions spanning the beam energy range $\sqrt{s_{NN}} = 7.7 - 200$ GeV. The measurements indicate dependences on the harmonic number ($n$), transverse momentum ($p_T$), pseudorapidity ($η$), collision centrality and beam energy ($\sqrt{s_{NN}}$) which could serve as important constraints to test different initial-state models and to aid precision extraction of the temperature dependence of the specific shear viscosity.

研究の動機と目的

• Au+Au衝突におけるビームエネルギー依存の非等方的流れ係数の測定を通じて、クォーク- gluonプラズマ（QGP）形成の初期状態モデルを制約すること。
• 擬動真度ギャップ（|Δη| > 0.7）を適用し、同時に全球運動量保存（GMC）を考慮したフィッティング手法を用いることで、流れ測定における非フロー効果を低減すること。
• 二粒子相関法と同時にv₁,₁(pₜᵃ, pₜᵇ)をフィッティングすることにより、迅速度偶数のダイポール流れ係数v₁^{even}を抽出し、流体力学的応答を分離すること。
• vₙおよびv₁^{even}のエネルギーおよびpₜ依存性を分析することで、QGPの比剪切粘性η/sの温度依存性に対する新たな制約を提供すること。
• 異なるビームエネルギーおよび中央性における測定されたvₙおよびv₁^{even}のパターンを比較することで、流体力学モデルを検証すること。

提案手法

• 二粒子相関関数Cr(Δϕ, Δη)は、同一イベントと混合イベントの方位相関分布の比として計算され、vₙ,ₙ係数が抽出される。
• 短距離の非フロー相関（共鳴状態の崩壊やジェット由来）を抑制するため、擬動真度ギャップ|Δη| > 0.7が適用される。
• 相関関数のフーリエ展開によりvₙ,ₙ係数が抽出される：vₙ,ₙ = Σ[Cr·cos(nΔϕ)] / Σ[Cr]。
• 迅速度偶数のダイポール流れv₁^{even}は、同時にv₁,₁(pₜᵃ, pₜᵇ)を関数形v₁^{even}(pₜᵃ)v₁^{even}(pₜᵇ) – C·pₜᵃpₜᵇにフィッティングすることにより抽出され、Cは全球運動量保存を補正する。
• フィッティング手順では、各中央性およびエネルギーに対してN+1パラメータ（N個のv₁^{even}(pₜ)と1個のCパラメータ）が用いられ、pₜ依存のv₁^{even}が抽出可能となる。
• 系統的不確かさは推定され、最終結果の図表において影付き帯として示され、特に異なるビームエネルギーおよび中央性におけるvₙおよびv₁^{even}に重点を置く。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Au+Au衝突におけるvₙ（n ≥ 2）のビームエネルギー依存性は、クォーク-グルーオンプラズマの温度変化をどのように反映しているか？
• RQ2 迅速度偶数のダイポール流れ係数v₁^{even}は、横運動量およびビームエネルギーの関数としてどのように振る舞い、初期状態の幾何と流体力学的応答をどのように制約するか？
• RQ3 非フロー効果、特に全球運動量保存が測定されたvₙおよびv₁^{even}係数にどの程度歪みを及えるか、そしてどのように補正できるか？
• RQ4 異なる中央性およびビームエネルギーにおけるvₙおよびv₁^{even}のパターンは、QGP形成の競合する初期状態モデルを区別するためにどの程度有効か？
• RQ5 測定されたvₙおよびv₁^{even}の傾向は、QGPにおける比剪切粘性η/sの温度依存性を改善した制約を提供できるか？

主な発見

• v₁^{even}(pₜ)は、pₜが約1 GeV/cを超えると、負から正に変わる特徴的な遷移を示し、初期状態の幾何的フラクチュエーションに対する流体力学的応答と整合的である。
• v₁^{even}(pₜ)の負から正への遷移点は、ビームエネルギーに伴いゆっくりとシフトするが、これは下流の初期幾何と流れのダイナミクスに弱いエネルギー依存性があることを示唆している。
• vₙ（n ≥ 2）はビームエネルギーに対して弱い依存性を示し、高次ハーモニクス（v₃, v₄）は√sₙₙが低い領域で大きさが減少しており、低エネルギーで粘性効果が増大していることを示唆している。
• pₜ積分済みのv₂, v₃, v₄は√sₙₙに伴い単調に増加しており、高エネルギーでQGP温度が上昇し、集団的性が強化されていることと整合的である。
• 全球運動量保存のための抽出されたCパラメータは、中央性および多重度に系統的依存性を示し、C ∝ 1/(⟨Mult⟩⟨pₜ²⟩)の関係を示しており、非フロー補正におけるその役割を確認している。
• η/s = 0.16の流体力学的計算は、√sₙₙ = 200 GeVにおけるv₁^{even}(pₜ)をよく再現しており、データの流体力学的解釈を支持している。