[論文レビュー] Creating small circular, elliptical, and triangular droplets of quark-gluon plasma

C. Aidala, Y. Akiba+318 more|arXiv (Cornell University)|May 8, 2018

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 39被引用数 108

ひとこと要約

本論文は200 GeVでの小系 p+Au, d+Au, 3He+Au 衝突における楕円フローと三角フローを報告し、これらの系でのハイドロダイナミックな QGP の形成を支持する。

ABSTRACT

The experimental study of the collisions of heavy nuclei at relativistic energies has established the properties of the quark-gluon plasma (QGP), a state of hot, dense nuclear matter in which quarks and gluons are not bound into hadrons. In this state, matter behaves as a nearly inviscid fluid that efficiently translates initial spatial anisotropies into correlated momentum anisotropies among the produced particles, producing a common velocity field pattern known as collective flow. In recent years, comparable momentum anisotropies have been measured in small-system proton-proton ($p$$+$$p$) and proton-nucleus ($p$$+$$A$) collisions, despite expectations that the volume and lifetime of the medium produced would be too small to form a QGP. Here, we report on the observation of elliptic and triangular flow patterns of charged particles produced in proton-gold ($p$$+$Au), deuteron-gold ($d$$+$Au), and helium-gold ($^3$He$+$Au) collisions at a nucleon-nucleon center-of-mass energy $\sqrt{s_{_{NN}}}$~=~200 GeV. The unique combination of three distinct initial geometries and two flow patterns provides unprecedented model discrimination. Hydrodynamical models, which include the formation of a short-lived QGP droplet, provide a simultaneous description of these measurements.

研究の動機と目的

• 小刻み衝突系における集合性の研究を動機づけ、限定体積内での QGP 形成を検証する。
• 初期幾何配置（円形、楕円形、三角形）の変化がフロー観測量にどのように影響するかを探る。
• 幾何学的に変化する衝突を用いて、水理モデルの QGP 形成と初期状態の運動量相関モデルを識別する。
• 系を横断して集合挙動を評価するため、横方向運動量の関数として v2 および v3 を定量化する。

提案手法

• sqrt(sNN) = 200 GeV での p+Au, d+Au, 3He+Au 衝突における終状態粒子の方位角分布 dN/dphi を測定する。
• 方位角分布をフーリエ級数に分解して v_n(pT) およびイベントプレーン角 psi_n を抽出する。
• 初期幾何を MC Glauber モデルで特徴づけ、空間離心率 epsilon_n を計算する。
• 初期幾何を終状態のフロー様式へ結びつけるために水理的進化モデルを用いる。
• 三系統での実験的な v2 および v3 の傾向を水理予測と比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 小規模衝突系は大規模イオン衝突と同様の集合フローパターンを示すことができるか？
• RQ2 初期の幾何配置（円形、楕円形、三角形）は小さい系で測定された v2 および v3 にどのように反映されるか？
• RQ3 QGP 形成を含む水理モデルは、初期状態の運動量相関のシナリオよりも観測されたフローをよく説明するか？

主な発見

• 200 GeV での p+Au, d+Au, 3He+Au 衝突で楕円形（v2）および三角形（v3）フローが観測された。
• 初期幾何は系ごとに異なり、epsilon2 および epsilon3 は d+Au および 3He+Au では内部幾何由来、p+Au では揺らぎによって駆動される。
• 短寿命の QGP 液滴を含む水理モデルは、三系統すべての測定フローパターンを同時に記述できる。
• データは水理的 QGP 形成と非-QGP 初期状態の運動量相関説明の区別テストを提供する。
• 三つの異なる初期幾何と二つのフローパターンの組み合わせは、前例のないモデル識別性を提供する。