[論文レビュー] Elliptic flow in high multiplicity proton-proton collisions at $\sqrt s$ = 14 TeV as a signature of deconfinement and quantum energy density fluctuations

G. Ortona, Gabriel S. Denicol+2 more|ArXiv.org|Nov 26, 2009

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、理想的な3+1次元流体力学的シミュレーションを用いて、$√{s} = 14$ TeVにおける高多重度の陽子-陽子衝突において、初期エネルギー密度の量子揺らぎによって楕円流動（$v_2 \approx 3\%$）が生じることを示した。これは、小スケール系における脱コンfinementおよび集団的挙動の兆候を示唆している。結果は、LHCでこの流動が測定可能であり、幾何学的要因ではなく初期状態の揺らぎに起因することを示している。

ABSTRACT

At LHC extreme values of energy density will be reached even for proton-proton collisions. Such values of energy density may be large enough to generate a collective motion in the products of the collision, therefore generating effects such as elliptic flow. Using ideal 3+1D hydrodynamical simulations, we show that elliptic flow can occur at least for top multiplicities p-p events at LHC and that the intensity of such effect is strongly related to quantum fluctuations in the initial proton energy distribution.

研究の動機と目的

• LHCエネルギーにおける高多重度の陽子-陽子衝突において、高い初期エネルギー密度に起因して楕円流動が出現するかどうかを調査すること。
• このような流動が、小スケール系における脱コンfinementおよび熱平衡化の兆候であるかどうかを特定すること。
• 初期エネルギー密度分布における量子揺らぎが初期の非対称性の源として果たす役割を調査すること。
• $√{s} = 14$ TeVにおけるpp衝突における楕円流動の実験的検出可能性を評価すること。
• 初期状態の条件および状態方程式の変化に対する$v_2$予測の頑健性を評価すること。

提案手法

• 双曲座標系におけるスムージング粒子流体力学（SPH）を用いた理想的3+1次元相対論的流体力学。
• 量子揺らぎを含むガウス分布による陽子分布の重ね合わせを用いて初期エネルギー密度をモデル化。
• 横方向および縦方向成分を組み合わせた因子分解型初期エネルギー密度プロファイルを適用。
• 最終状態の粒子分布を抽出するために、$T_f = 130$ MeVでコペル＝フライ凍結手順を実装。
• フーリエ分解を用いてアザリュース方向の粒子分布から$v_2$を計算。
• 初期非対称性、$K$、および縦方向幅$η_g$の変化に対する結果の感度をテスト。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $√{s} = 14$ TeVにおける高多重度のpp衝突で、高いエネルギー密度に起因して楕円流動が出現するか？
• RQ2 観測された楕円流動は、幾何的要因ではなく、初期エネルギー密度の量子揺らぎによって主に駆動されているか？
• RQ3 $v_2$の大きさは初期非対称性および系のパラメータにどのように依存するか？
• RQ4 $v_2 \approx 3\%$はLHCにおけるpp衝突で実験的に解像可能か？
• RQ5 状態方程式および凍結温度の変化に対して、結果はどの程度頑健か？

主な発見

• 初期非対称性が17%の高多重度のpp衝突において、$√{s} = 14$ TeVで$v_2 \approx 3\%$の楕円流動が予測される。
• 統合された$v_2$値は初期非対称性に比例しており、初期状態の揺らぎに依存することが確認された。
• 全エントロピーが保存される限り、$K$および$η_g$の変化に対しても結果は頑健である。
• 全ラピディティ領域またはミッド・ラピディティ領域にわたる統合において、$v_2$値はほとんど変化しない。
• 初期非対称性が確率的・量子的起源を持つため、イベントごとの楕円流動は顕著に変動するものと予想される。
• 本研究は、非フローモードを除去した後、ALICE実験で数パーセント程度の$v_2$値が測定可能である可能性を示唆している。