[論文レビュー] Electromagnetic probes of a pure-glue initial state in nucleus-nucleus collisions at LHC

Volodymyr Vovchenko, Iu. Karpenko+5 more|arXiv (Cornell University)|Apr 21, 2016

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、√sNN = 2.76 TeV の LHC における Pb+Pb 衝突において、時間に依存する (反)クォーク不活性度を伴う (2+1) 次元理想流体力学を用いて、純グルーオン初期状態の電磁的特徴を調査している。グルーオン支配の初期段階は、二重電子対の生成を顕著に抑制するが、直接的光子のpTスペクトルには僅かにしか影響しない。一方、光子および二重電子対における強化された楕円流動は、純グルーオン初期状態の主要な特徴として浮き彫りになる。

ABSTRACT

Partonic matter produced in the early stage of ultrarelativistic nucleus-nucleus collisions is assumed to be composed mainly of gluons, and quarks and antiquarks are produced at later times. To study the implications of such a scenario, the dynamical evolution of the chemically nonequilibrated system is described by the ideal (2+1)-dimensional hydrodynamics with a time dependent (anti)quark fugacity. The equation of state interpolates linearly between the lattice data for the pure gluonic matter and the lattice data for the chemically equilibrated quark-gluon plasma. The spectra and elliptic flows of thermal dileptons and photons are calculated for central Pb+Pb collisions at the LHC energy of $\sqrt{s_{_{ m NN}}} = 2.76$ TeV. We test the sensitivity of the results to the choice of equilibration times, including also the case where the complete chemical equilibrium of partons is reached already at the initial stage. It is shown that a suppression of quarks at early times leads to a significant reduction of the yield of the thermal dileptons, but only to a rather modest suppression of the $p_T$-distribution of direct photons. It is demonstrated that an enhancement of photon and dilepton elliptic flows might serve as a promising signature of the pure-glue initial state.

研究の動機と目的

• LHC における超相対論的核-核衝突における純グルーオン初期状態の電磁的特徴を調査すること。
• 一部の粒子の化学的平衡が遅延する影響が、熱的二重電子対および直接的光子スペクトルおよび流動に与える影響を評価すること。
• 光子および二重電子対における強化された楕円流動 (v2) が、グルーオン支配の初期段階を示す観測可能な特徴として機能するかどうかを特定すること。
• 化学的平衡のタイミングに応じた観測量の感度をテストすること、特に完全な初期化学的平衡を含むさまざまな状況を検討すること。
• 純グルーオンと化学的に平衡したクォーク-グルーオンプラズマの格子データの間を線形補間することで、状態方程式をモデル化すること。

提案手法

• 中央部 Pb+Pb 衝突における化学的非平衡系の動的進化を模擬するために、(2+1) 次元理想流体力学を用いる。
• 初期状態以降に徐々にクォーク-反クォーク生成が開始されることをモデル化するため、時間に依存する (反)クォーク不活性度を導入する。
• 純グルーオン物質と化学的に平衡したクォーク-グルーオンプラズマの格子QCDデータの間を線形補間することで、状態方程式を定義する。
• √sNN = 2.76 TeV における、横運動量 (pT) の関数としての熱的二重電子対および直接的光子スペクトルと楕円流動 (v2) を計算する。
• 化学的平衡のタイミングを変化させることで、完全な初期化学的平衡から純グルーオン初期状態までのさまざまなシナリオを探索する。
• 得られた観測量を比較し、初期グルーオン支配の有無に敏感な特徴を特定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 純グルーオン初期状態は、√sNN = 2.76 TeV の中央部 Pb+Pb 衝突における熱的二重電子対の生成量およびpTスペクトルにどのように影響を与えるか？
• RQ2 初期段階でクォークが存在しない、または遅延する場合、直接的光子のpTスペクトルはどの程度抑制されるか？
• RQ3 二重電子対および光子の楕円流動 (v2) は、グルーオン支配の初期状態を特徴付ける特徴として特異的かどうか？
• RQ4 電磁的観測量は、一部の粒子の化学的平衡のタイミングにどの程度感度を示すか？
• RQ5 時間に依存する不活性度モデルの文脈において、初期段階でのクォーク抑制が二重電子対と直接的光子に与える相対的な影響は何か？

主な発見

• 純グルーオン初期状態では、初期段階でのクォーク-反クォーク対の欠如により、熱的二重電子対の生成が顕著に抑制される。
• 初期段階でのクォーク抑制下でも、直接的光子のpT分布は僅かにしか抑制されないため、初期部分粒子の組成にやや弱い感度を示す。
• 初期状態がグルーオンで支配されている場合、光子および二重電子対の両方における楕円流動 (v2) が強化され、これは観測可能な特徴としての可能性を示唆する。
• 二重電子対および光子のv2における増幅の大きさは、初期グルーオン支配の程度に比例して増大するため、感度の高いプローブとなる。
• 化学的平衡の遅延または初期段階での欠如が見られる状況で、最も顕著な特徴が現れる。結果は、さまざまな平衡時間に対して安定している。
• 純グルーオンと平衡したクォーク-グルーオンプラズマの格子データの間を線形補間することで、状態方程式を一貫してモデル化できる。