[論文レビュー] Effect of thermal shear on longitudinal spin polarization in a thermal model

Wojciech Florkowski, Avdhesh Kumar+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 6, 2021

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、RHICエネルギーにおける単一凍結アウト熱モデル内で、熱的せん断がΛハイペロンの縦方向スピン偏極を生成する役割を調査する。最近導入された熱的せん断項と熱的渦度を併用することで、熱的せん断のみが実験的四重極構造の符号を正しく予測するが、その効果は渦度寄与とほぼ相殺され、データと一致しないことが判明した—これはスピン偏極モデルにおける勾配寄与を再評価する必要があることを示唆している。

ABSTRACT

By including the recently introduced thermal shear term that contributes to the spin polarization vector at local equilibrium, we determine longitudinal polarization of $\Lambda$ hyperons emitted from a hot and rotating hadronic medium using the thermal model with single freeze-out. In our analysis, we consider the RHIC top energies and use the model parameters which were determined in the earlier analyses of particle spectra and elliptic flow. We confirm that, unlike the previous calculations done by using only the thermal vorticity, the thermal shear term alone leads to the correct sign of the quadrupole structure of the longitudinal component of the polarization three-vector measured in experiments. However, we find almost complete cancellation between thermal shear and vorticity terms, which eventually leads to disagreement with the data. To clarify the role played by velocity and temperature gradient terms, we present a systematic analysis of different contributions to the longitudinal polarization.

研究の動機と目的

• 水力学的モデルがSTAR実験データとは逆の符号の運動量依存性を予測する長年の「符号問題」を解消すること。
• 従来の熱的渦度（ϖμν）に加え、新たに導入された熱的せん断テンソル（ξμν）がスピン偏極に与える寄与を調査すること。
• 速度勾配と温度勾配が熱的渦度およびせん断に与える寄与を、それぞれのテンソルを明確に分離することで解明すること。
• 熱的せん断の導入が、RHIC最高エネルギーにおけるΛハイペロン偏極の理論的予測と実験観測を一致させることをテストすること。
• 単一凍結の熱モデルを用いて、既に制約されたパラメータを用い、水力学的勾配とスピン偏極の相乗的相互作用を明確にすること。

提案手法

• RHIC最高エネルギー（130 GeV）における、高温で回転するハドロン的媒体からの粒子放出を記述するため、拡張された水力学的パラメータ化を用いた単一凍結アウト熱モデルを用いる。
• 熱的渦度 ϖμν = −1/2(∂μβν − ∂νβμ) と熱的せん断 ξμν = 1/2(∂μβν + ∂νβμ) を両方導入する。ここで βμ = uμ/T である。
• ϖμν と ξμν をそれぞれ速度勾配（I）および温度勾配（II）成分に分解し、個々の寄与を分離する。
• 粒子スぺクトル、楕円流、HBT半径のPHENIXデータにあわせた、以前に決定済みのモデルパラメータ（τf, rmax, ϵ, δ）を同一に使用する。
• 熱的渦度とせん断項を含む完全なスピン偏極式を用いて、スピン偏極ベクトルの縦方向成分を計算する。
• 得られた縦方向偏極の運動量依存性をSTAR実験データと比較し、一致度を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 熱的せん断項のみが、Λハイペロンの縦方向偏極における四重極構造に対して正しい符号をもたらすか？
• RQ2 速度勾配および温度勾配が熱的渦度およびせん断に与える寄与は、最終的なスピン偏極にどの程度影響を及ぼすか？
• RQ3 現在のモデルにおいて、熱的せん断を熱的渦度と組み合わせても、なぜ符号問題が解消されないのか？
• RQ4 熱的渦度とせん断の競合効果が、縦方向偏極成分でどのように相殺されるのか？
• RQ5 観測されたデータとの不一致は、特にせん断および渦度テンソルにおける温度勾配項に起因していると特定できるか？

主な発見

• 熱的せん断項のみが、STARが観測した実験的傾向に一致する四重極構造の正しい符号を持つ縦方向偏極を生成する。
• しかし、熱的渦度項と組み合わせると、熱的せん断と渦度の寄与が縦方向偏極成分でほぼ相殺されてしまう。
• このほぼ完全な相殺により、実験データと一致しないネット偏極が生じ、現在のモデルでは両項を含んでも符号問題が解消されないことが示された。
• ϖμν と ξμν における温度勾配寄与が、特に縦方向成分で相殺に大きく寄与している。
• 分析から、速度勾配項が偏極信号を支配している一方で、温度勾配項が顕著な補正を加え、結果としてネット効果を減少させていることが明らかになった。
• これらの結果は、観測された偏極データを説明するためには、モデルのパラメータ化または局所的平衡に関する基本的仮定の再考が必要である可能性を示唆している。