[論文レビュー] Correlations and Fluctuations in the Initial State of high energy Heavy Ion Collisions

Christoffer Flensburg|arXiv (Cornell University)|Aug 24, 2011

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、BFKLダイナミクスと飽和効果を組み込んだドロップレットモデルに基づくモンテカルロイベントジェネレータ、DIPSYを提示する。このモデルは、高エネルギー重イオン衝突における初期状態のフラクチュエーションと相関をシミュレートする。初期状態の非対称性ε₂とε₃に強い迅速性相関を予測し、飽和によるグルーオン鎖の合体によって中心的衝突における長距離相関が抑制されることを示し、アズィムス方向流れにおける初期状態幾何学のテスト可能なシグネチャを提供する。

ABSTRACT

Initial states of high energy heavy ion collisions are studied using a dipole model through the DIPSY event generator that dynamically includes saturation together with the fluctuations and correlations of the BFKL cascade. The eccentricities of first up to fourth moment are calculated at RHIC and LHC. Predictions are made for correlations and fluctuations in rapidity of the eccentricities, and conventional theoretical approximations are tested. A large set of initial state Au-Au, Cu-Au and Pb-Pb collisions have been generated and are published online.

研究の動機と目的

• 飽和効果とBFKLダイナミクスを含むドロップレットベースのモンテカルロジェネレータを用いて、高エネルギー重イオン衝突における初期状態のフラクチュエーションと相関をモデル化すること。
• 完全なイベントごとのシミュレーションと比較することで、迅速性における非対称性相関の従来の理論的近似の妥当性を検証すること。
• RHICおよびLHCエネルギーにおけるAu-Au、Cu-Au、Pb-Pb衝突の初期状態研究のための公開データセットを提供すること。
• 飽和が初期状態における横方向相関とフラックスチューブ様構造に与える影響を調査すること。
• 初期状態幾何学の測定可能なシグネチャ、例えば非対称性の大きさと向きにおける迅速性相関を予測すること。

提案手法

• DIPSYイベントジェネレータは、インパクトパラメータ空間におけるドロップレットモデルを実装し、走るαsとエネルギー保存則を満たすBFKLダイナミクスによってグルーオン鎖を発展させる。
• ユニタリティ化と「ドロップレットスイング」メカニズムを用いて飽和を導入し、カスケード発展中にグルーオン鎖の合体を可能にする。
• 仮想カスケードからのバックボーングルーオンをたどってt=0の初期状態を特定し、横方向位置と角度を用いた標準式により非対称性εₙを計算する。
• 迅速性相関は、前方および後方迅速性領域（η ∈ [-3,-2] および [2,3]）におけるεₙ間の相関係数ρₙと、一方の領域に存在するグルーオンによって引き起こされる相関グルーオン数n_corrを計算することで研究する。
• ライトコーン運動量の順序を追跡し、コンfinement効果を模擬するためグルーオン質量を導入して大きなドロップレット放出を抑制する。
• √sNN = 200 GeVおよび2.76 TeVにおけるAu-Au、Cu-Au、Pb-Pb衝突の初期状態を生成し、http://home.thep.lu.se/christof/DIPSYEvents/ で公開している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 RHICおよびLHCエネルギー下でのAu-Au、Cu-Au、Pb-Pb衝突において、衝突の中心性と系の種別が初期状態の非対称性εₙの迅速性相関に与える影響は何か？
• RQ2 飽和効果は、重イオン衝突における前方および後方迅速性領域間の横方向長距離相関をどの程度抑制するか？
• RQ3 非対称性ε₂の大きさと向きの相関は、ε₃やε₄と比べてどのように異なるか？ これは、系統的要因とフラクチュエーション駆動要因のどちらが支配的であるかを示唆するか？
• RQ4 異なる迅速性チャンクにおけるグルーオン間の横方向相関の空間的範囲と強度は何か？ また、中心的衝突と外縁的衝突でどのように異なるか？
• RQ5 飽和状態が存在する環境では、反対側の迅速性領域における相関グルーオン数が減少するか？ これは、二粒子衝突近似の破綻と関連しているか？

主な発見

• RHICエネルギー（200 GeV）下で、中程度中心のAu-Au衝突では、前方および後方迅速性領域におけるε₂間の相関係数ρ₂は0.88に達し、強い迅速性相関を示す。
• LHC Pb-Pb衝突では、ρ₂は0.88、ρ₃とρ₄はそれぞれ0.71および0.69である。これは、ε₂が系統的起源のため迅速性にわたって最も相関が強いことを示している。
• 中心的Au-Au衝突（b=0）では、外縁的距離（R ≈ 5 fm）では相関グルーオン数n_corrは約0.4であるが、中心部（R ≈ 0）では著しく低下し、飽和による抑制が確認される。
• 中心的衝突では、平均ドロップレットサイズが小さくなるため、飽和環境下で横方向相関範囲が外縁的衝突と比べて2倍短縮される。
• 中心的衝突における相関の弱体化は、ドロップレットスイングメカニズムによるグルーオン鎖の合体に起因し、迅速性を横断するフラックスチューブ様構造の伝搬が妨げられる。
• 結果から、フラックスチューブが独立に伝搬する二粒子衝突近似は、重イオン衝突の密度が高く飽和する領域では破綻することが示された。