[論文レビュー] Blast-wave description of Upsilon elliptic flow at LHC energies

K. Reygers, Alexander Schmah+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 31, 2019

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、LHCエネルギーにおけるPb-Pb衝突において、粒子生成断面積と楕円流動（$v_2$）を同時に、楕円冷却表面を想定したコペル＝フライ ansatz から導かれた簡潔な式を用いてブレーストウェーブモデルでフィットする手法を提示している。モデルは全$p_T$範囲にわたって$Υ$の$v_2$データをうまく再現し、$Υ$中間子の顕著な楕円流動はその大きな質量のため、10 GeV/$c$を超えてからしか現れないことを予測している。

ABSTRACT

A simultaneous blast-wave fit to particle yields and elliptic flow ($v_{2}$) measured as a function of transverse momentum in Pb-Pb collisions at LHC energies is presented. A compact formula for the calculation of $v_2(p_T)$ for an elliptic freeze-out surface is used which follows from the Cooper-Frye ansatz without further assumptions. Over the full available $p_T$ range, the $\Upsilon$ elliptic flow data is described by the prediction based on the fit to lighter particles. This prediction shows that, due to the large $\Upsilon$ mass, a sizable elliptic flow is only expected at transverse momenta above 10 GeV/$c$.

研究の動機と目的

• LHCエネルギーにおけるPb-Pb衝突の粒子生成断面積と$v_2$データを、統一されたブレーストウェーブフレームワークを用いて同時に記述すること。
• 軽い粒子から得られる同じ流体力学的パラメータが、重い$Υ$中間子の楕円流動を一貫して記述できるかどうかを調査すること。
• $Υ$中間子の顕著な$v_2$が発現し始める$p_T$のしきい値を、その大きな質量のためのものとして特定すること。
• 楕円冷却表面を用いたコペル＝フライ ansatz の適用可能性を検証すること。

提案手法

• 楕円冷却表面を仮定し、追加の仮定を加えずに、コペル＝フライ ansatz から直接$v_2(p_T)$の簡潔な解析的式を導出する。
• 温度、流れ速度、冷却時間といったモデルパラメータを、軽い粒子の測定済みの粒子生成断面積と$v_2(p_T)$データに同時にフィットする。
• 同じフィット済みパラメータを用いて、全$p_T$範囲にわたる$Υ$中間子の$v_2$を予測する。
• 予測結果を実験的$Υ$の$v_2$データと直接比較し、一貫性を評価する。
• 衝突系の空間的非等方性を捉えるために、パラメトリック形式を用いて楕円冷却表面をモデル化する。
• $Υ$のための追加のフィッティングパラメータを避けるべく、軽いハドロンから導かれた流体力学的記述に完全に依存する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 軽いハドロンを記述する同じブレーストウェーブパラメータが、LHCエネルギーにおけるPb-Pb衝突で$Υ$中間子の楕円流動を予測できるか？
• RQ2 大きな質量を持つ$Υ$中間子が顕著な楕円流動を示し始めるのは、どの横運動量のときか？
• RQ3 楕円冷却表面を用いたコペル＝フライ ansatz は、重いクォーカーモニウム状態の$v_2$をどの程度うまく記述できるか？
• RQ4 $Υ$の$v_2$は、軽い粒子のフィットに基づく流体力学的期待値と整合しているか？
• RQ5 質量が、重いクォーカーモニウムの集団的性の発現のしきい値を決定する上で果たす役割は何か？

主な発見

• $Υ$の全$p_T$範囲にわたる楕円流動データは、軽い粒子のフィットから導かれたモデル予測によってうまく記述されている。
• モデルは、$Υ$中間子の顕著な楕円流動が、その大きな質量のため、$p_T$が10 GeV/$c$を超えてからしか現れないことを予測している。
• 軽い粒子の生成断面積と$v_2$の同時フィットにより、追加のチューニングなしに$Υ$へも拡張可能な一貫した流体力学的記述が得られた。
• コペル＝フライ ansatz から導かれた$v_2(p_T)$の簡潔な式は、追加の仮定を加えずに$Υ$の楕円流動挙動を正確に捉えている。
• 予測と実験データの一致は、高エネルギー重イオン衝突における重いクォーカーモニウム状態に対するブレーストウェーブモデルの頑健性を確認している。
• 結果は、$Υ$中間子が軽いハドロンと同様の流体力学的流れを介して、基底状態の媒体から集団的性を引き継いでいるという解釈を支持している。