[論文レビュー] Correlation Measurements Between Flow Harmonics in Au+Au Collisions at RHIC

STAR Collaboration, J. Adam+348 more|arXiv (Cornell University)|Mar 11, 2018

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、√sNN = 39および200 GeVにおけるAu+Au衝突において、最初に電荷を含む4粒子対称積分を測定し、v₂とv₃の揺らぎの間で逆相関が、v₂とv₄の揺らぎの間で正の相関が存在することを明らかにした。データは、v₂–v₄相関を低く予測する理想流体力学モデルを挑戦しており、非線形流体力学的応答と粘性補正が必要であることを示唆している。

ABSTRACT

Flow harmonics ($v_n$) in the Fourier expansion of the azimuthal distribution of particles are widely used to quantify the anisotropy in particle emission in high-energy heavy-ion collisions. The symmetric cumulants, $SC(m,n)$, are used to measure the correlations between different orders of flow harmonics. These correlations are used to constrain the initial conditions and the transport properties of the medium in theoretical models. In this Letter, we present the first measurements of the four-particle symmetric cumulants in Au+Au collisions at $\sqrt{s_{NN}}$ = 39 and 200 GeV from data collected by the STAR experiment at RHIC. We observe that $v_{2}$ and $v_{3}$ are anti-correlated in all centrality intervals with similar correlation strengths from 39 GeV Au+Au to 2.76 TeV Pb+Pb (measured by the ALICE experiment). The $v_{2}$-$v_{4}$ correlation seems to be stronger at 39 GeV than at higher collision energies. The initial-stage anti-correlations between second and third order eccentricities are sufficient to describe the measured correlations between $v_{2}$ and $v_{3}$. The best description of $v_{2}$-$v_{4}$ correlations at $\sqrt{s_{NN}}$ = 200 GeV is obtained with inclusion of the system's nonlinear response to initial eccentricities accompanied by the viscous effect with $η/s$ $>$ 0.08. Theoretical calculations using different initial conditions, equations of state and viscous coefficients need to be further explored to extract $η/s$ of the medium created at RHIC.

研究の動機と目的

• √sNN = 39および200 GeVにおけるAu+Au衝突において、v₂、v₃、v₄の流れ調和のイベントごとの相関を測定すること。
• 初期状態の揺らぎと最終状態の流れ調和を比較することで、線形応答モデル（例：εn–vn比例）の妥当性を検証すること。
• 流体力学的および輸送モデルからの予測と対比させることで、クォーク-グルーオンプラズマの理論的モデルを制約すること。
• 特にv₂–v₄相関に注目し、流れ調和相関の中心性およびエネルギー依存性を調査すること。
• v₂–v₄相関を記述するモデルの欠陥を特定し、粘性補正および改良された初期状態を用いた改善策を提案すること。

提案手法

• 中間ラピディティ（|η| < 1.0）における電荷を含むイベントごとの流れ揺らぎを用いて、4粒子対称積分NSC(2,3)およびNSC(2,4)を測定する。
• 非一様なイベント選択および検出器効果を補正するため、中心性ビン加重（CBW）補正を適用する。
• 剪断粘性係数とエントロピー密度比（η/s = 0および0.08）を変化させた理想および粘性流体力学モデル（例：NexSPheRIO、MCKLN）の予測とデータを比較する。
• 比較のため、η/s = 0.18のAMPT輸送モデルを用いる。
• 初期状態の揺らぎ（ε₂、ε₃）を分析し、初期の非対称性と最終状態の流れ調和との間の線形性仮説を検証する。
• データとの定量的整合性を評価することで、中心性区間およびビームエネルギー（39 GeVおよび200 GeV）にわたるモデルの性能を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測されたv₂とv₃の揺らぎの逆相関は、初期状態におけるε₂とε₃の逆相関に起因するのか？
• RQ2 なぜv₂–v₄相関は正であり、線形応答で説明可能なのか、それとも非線形流体力学的応答が必要なのか？
• RQ3 中心性にわたるv₂–v₄対称積分を記述するにあたり、粘性流体力学モデルと輸送モデルはどのように比較されるか？
• RQ4 v₂–v₄相関はエネルギー依存性を示すのか？ もしそうなら、これは初期状態または輸送特性に何を示唆するのか？
• RQ5 なぜすべてのテストされたモデルがNSC(2,4)データを低く予測するのか？ また、初期状態、状態方程式（EoS）、輸送係数などのモデルのどの要素を改良する必要があるのか？

主な発見

• v₂とv₃の揺らぎの間で逆相関が観測され、これは初期状態におけるε₂とε₃の逆相関と整合的である。
• v₂–v₄相関は正であり、理想流体力学モデルによって顕著に低く予測されているため、非線形応答の必要性が示唆される。
• η/s = 0.08の粘性流体力学モデルは、理想流体力学モデルに比べてNSC(2,4)データとの整合性が向上するが、依然として相関を低く予測している。
• η/s = 0.18のAMPTモデルは、粘性流体力学モデルよりもNSC(2,4)データに近い一致を示している。
• 200 GeVと39 GeVの間でv₂–v₄相関に差が見られ、初期状態または輸送特性のエネルギー依存性を示唆している。
• すべてのモデルが全中心性範囲でv₂–v₄相関を完全に記述できていないため、改善された初期状態、EoS、輸送係数を用いたさらなるモデル精錬の必要性が浮き彫りになった。