[論文レビュー] Comments on the CMS discovery of the "Ridge" in High Multiplicity pp collisions at LHC

Edward Shuryak|arXiv (Cornell University)|Sep 23, 2010

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、LHCにおける高多重度pp衝突で観測された'リッジ'相関が、重イオン衝突で観察されるのと同様の流体力学的で爆発的な挙動を示しており、小スケール系でもクォーク- gluonプラズマに類似した状態が形成されている可能性を提案している。著者は、急速度方向に広がる狭い方位角方向相関が、強い相互作用を示す高密度媒体からの集団的径方向流れによって最もよく説明され、ジェット関連のメカニズムによるものではないと主張している。

ABSTRACT

A very recent paper by the CMS collaboration \cite{cms_ridge} has created large discussion in the media, which call it important but did not explain why, in some places even calling it "unundestandable". While it is of course too soon to know what causes the correlations in question, a very similar observation in heavy ion collisions at RHIC has rather simple explanation related to explosion of high energy density matter. Perhaps this observation is the first hint for an explosive behavior in pp, which was anticipated and looked for for decades, yet never been seen.

研究の動機と目的

• 高多重度pp衝突におけるCMSが観測した'リッジ'を、集団的流体力学的挙動の兆候と解釈すること。
• pp系におけるリッジ現象が、重イオン衝突におけるクォーク-グルーオンプラズマに類似した高密度・強い相互作用を示す媒体の形成を示唆しているかどうかを検討すること。
• リッジの原因としての流体力学的流れとジェットベースの説明を区別するための実験的検証を促すこと。
• 高多重度pp衝突が、RHICにおけるAuAu衝突と類似した流体力学的状態への相転移を引き起こす可能性を検討すること。
• 特にリッジ領域内の粒子スペクトルおよびバリオン/メソン比に関する今後のデータ解析に理論的指針を提供すること。

提案手法

• RHICにおけるAuAu衝突でよく知られた流体力学的流れと、pp衝突におけるリッジ現象を比較し、長距離相関を説明する集団的径方向拡散を提示する。
• 径方向流れを含む流体力学的モデルを用いて粒子スペクトルを記述し、パイオン、カリオン、プロトンを含むすべての二次粒子が同一の源から発生すると仮定する。
• AdS/CFTフレームワークを用いて、熱的と非熱的状態の間の遷移を分析し、高エネルギー密度で急激なスイッチが発生すると示唆する。
• リッジを、色ストリングに近接する局所的な爆発的源（例：「爆薬の棒」）としてモデル化し、崩壊生成物が横方向平面に均等に吹き飛ばされるようにする。
• 高多重度イベントが、小スケール系であっても集団的で流体力学的のような拡散を引き起こすのに十分なエネルギー密度を提供すると提案する。
• リッジ領域におけるバリオン/メソン比の増大を、ジェットベースの説明を除外するための診断ツールとして用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高多重度pp衝突におけるリッジ相関は、ジェット断片化ではなく、集団的流体力学的流れによって説明可能か？
• RQ2 LHCエネルギー領域におけるpp衝突に、重イオン衝突におけるクォーク-グルーオンプラズマに類似した強い相互作用を示す高密度媒体への相転移の証拠があるか？
• RQ3 観測されたリッジは、粒子スペクトルおよび運動量分布から示唆される径方向流れを示しているか？
• RQ4 多重度が小スケール系における流体力学的反応を誘発する役割を果たしているか？
• RQ5 リッジ内部のバリオン/メソン比は、流体力学的メカニズムとジェットベースのメカニズムを区別できるか？

主な発見

• 高多重度pp衝突におけるリッジは、急速度方向に広がる相関と狭い方位角相関（Δφ < 1）を特徴とし、AuAu衝突におけるリッジと類似している。
• 通常（最小偏位）のpp衝突ではリッジが観測されないため、高エネルギー密度または多重度に依存するしきい値効果があることが示唆される。
• リッジ領域における観測された粒子スペクトルは、QGP形成の流体力学的モデルで見られる径方向流れと整合的である。
• pT = 1–3 GeVにおけるリッジ領域内でのバリオン/メソン比は約10倍に増大しており、流体力学的流れの予測と一致し、ジェットベースの説明を除外する。
• pp系におけるリッジの存在は、重イオン衝突におけるQGP形成と類似した高多重度での流体力学的状態への遷移の可能性を示唆している。
• AdS/CFTに基づく理論的モデルは、非熱的状態と熱的（流体力学的）状態の間の急激な遷移を示唆しており、小スケール系における集団的相の存在を支持する。