[論文レビュー] Estimation of P-odd correlators in heavy ion collisions at RHIC energies 62.4 -- 200 GeV

В. А. Окороков|arXiv (Cornell University)|Aug 18, 2009

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、局所的 τ-不変パリティ（TIP）仮説の下で、解析的カイラル磁気効果（CME）モデルを用いて、RHICエネルギー（62.4–200 GeV）におけるAu+Au衝突における π-奇性相関関数を推定している。62.4 GeVでは、同一電荷および逆電荷相関関数の両方において、モデル予測と予備のSTARデータの間に良好な一致が得られたが、200 GeVでは中心的および中程度中心的衝突において同一電荷相関関数がモデルで低く見積もられており、これは解析的手法の限界や高エネルギー域におけるバックグラウンド寄与の可能性を示唆している。

ABSTRACT

The strength of parity violation effect can be characterized by correlator value in the framework of local $\mathcal{TIP}$ hypothesis. The energy and centrality dependencies of correlators for same and opposite charges are discussed for heavy ion collisions in RHIC energy domain 62.4 -- 200 GeV. The magnetic field shows a significant increasing at initial energy decreasing for intermediate and large times. Two possible scenarios for initial time are investigated in detail. Both scenarios predict the most close values for initial time in ${Au+Au}$ collisions at 62.4 GeV. Disagreement between initial time values obtained for two various scenarios increases with energy increasing and for collisions of lighter ${Cu}$-nucleus. Boundary values for correlators related with possible local $\mathcal{TIP}$ violation are calculated in the framework of analytic approach of chiral magnetic effect for ${Au+Au}$ collisions at 62.4 and 200 GeV. The results are shown as function of collision centrality. Preliminary experimental STAR data are compared with predictions of chiral magnetic effect model directly. Experimental signals consistent with model expectations for both same and opposite charge correlations in ${Au+Au}$ collisions at 62.4 GeV at all centralities. At higher energy 200 GeV the model of chiral magnetic effect underestimates same charge correlator values for central and midcentral events but the same charge correlations for peripheral events as well as opposite charge correlations are in the boundaries predicted by model calculations.

研究の動機と目的

• 局所的 τ-不変パリティ（TIP）仮説の枠組みにおいて、π-奇性相関関数を通じて、重イオン衝突におけるパリティ破れ効果の強度を推定すること。
• RHICエネルギー（62.4–200 GeV）におけるAu+Au衝突の同一電荷および逆電荷相関関数のエネルギー依存性および中心度依存性を調査すること。
• 異なる衝突中心度およびエネルギーにおける、カイラル磁気効果のモデル予測と予備のSTAR実験データとの整合性を評価すること。
• 初期時刻の仮定および磁場の時間的進化が、特に低エネルギー域における相関関数推定に与える影響を評価すること。

提案手法

• 衝突中心度およびエネルギーの関数として、π-奇性相関関数を計算するための解析的手法を用い、カイラル磁気効果（CME）に基づく。
• 同一電荷相関関数には $ a_{\pm\pm} = \frac{1}{N_{\pm}^2} \frac{\pi^2}{16} g(b/R, \lambda/R) \Phi(b/R, \tau, \eta) $ を、逆電荷相関関数には $ a_{+-} = -\frac{1}{N_+N_-} \frac{\pi^2}{16} h(b/R, \lambda/R) \Phi(b/R, \tau, \eta) $ を適用。
• 磁場積分 $ \Phi(b/R, \tau, \eta) = 4\kappa\alpha_s R^2 \left[\sum_j q_j^2\right]^2 \int_{\tau_i}^{\tau_f} d\tau \, \tau \left[eB(\tau, \eta)\right]^2 $ を評価し、重ね合わせ領域で一様かつ定常な磁場を仮定。
• 衝突における磁場発現の開始時刻の異なる推定値に対応する2つの初期固有時刻 $ \tau_i $ のシナリオを検討。
• 一定のスクリーニング長 $ \lambda $ を仮定し、初期幾何形状をローレンツ収縮係数 $ \gamma_L \sim 31.2–100 $ を用いてモデル化。
• 62.4 GeVおよび200 GeVにおけるAu+Au衝突の予備のSTARデータと、中心度チャンクごとの荷電粒子相関関数を比較。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Au+Au衝突におけるRHICエネルギー域（62.4–200 GeV）で、同一電荷および逆電荷粒子のπ-奇性相関関数は、エネルギーおよび中心度にどのように依存するか？
• RQ2 局所的TIP仮説の下で、カイラル磁気効果のモデル予測が、62.4 GeVおよび200 GeVにおける予備のSTAR実験データとどの程度一致するか？
• RQ3 衝突進化における初期固有時刻 $ \tau_i $ の異なる仮定に対する相関関数推定値の感度はどの程度か？
• RQ4 62.4 GeVでは一致しているにもかかわらず、200 GeVでは中心的および中程度中心的衝突においてなぜ同一電荷相関関数がモデルで低く見積もられるのか？
• RQ5 200 GeVにおけるモデルとデータの乖離に、非常に早い時刻（$ \tau \gtrsim R/\sinh(Y_0) $）の除外や、ジャットクエンチングなどのバックグラウンド相関（例：平面内ジャット相関）が果たす役割は何か？

主な発見

• 62.4 GeVでは、中心度チャンクすべてにおいて、同一電荷および逆電荷相関関数のモデル予測が予備のSTARデータと良好に一致した。
• 200 GeVでは、中心的および中程度中心的イベントにおいて、同一電荷相関関数がモデルで低く見積もられており、逆電荷および外縁部の同一電荷結果はモデル境界内に収まっている。
• 2つの初期時刻シナリオは62.4 GeVでは非常に類似した相関関数推定値をもたらしたが、エネルギーが上昇するにつれてその差が拡大し、特に軽いCu–Au衝突において顕著になった。
• LHCエネルギー $ \sqrt{s_{NN}} = 5.5 $ TeVでは、同一電荷相関関数が $ 10^{-6} $ から $ 10^{-5} $ のオーダー、逆電荷相関関数が $ 10^{-7} $ から $ 10^{-6} $ のオーダーになるとモデルが予測しており、高エネルギー域での顕著な抑制を示唆している。
• 200 GeVにおける乖離は、磁場が最も強い非常に早い時刻の除外や、解析的手法の限界に起因する可能性があり、あるいは平面内ジャット相関などの未考慮のバックグラウンド寄与が関係している可能性がある。
• バックグラウンド磁場は、特に中間的および大きな時刻において、初期エネルギーが低い場合に顕著に増大することが判明し、低RHICエネルギー域でより強いパリティ破れ信号が期待されることが示唆された。