[論文レビュー] Fast simulation of flow effects in central and semi-central heavy ion collisions at LHC

I. Lokhtin, Alexander Snigirev|ArXiv.org|Dec 16, 2003

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、LHCエネルギーにおける中心的および準中心的重イオン衝突における集団的流れ効果（長さ方向、横方向、楕円形）をシミュレートする高速なモンテカルロイベントジェネレータを提示する。熱的放射と流れを、迅速度に依存するブースト変換を用いた簡略化された流体モデルにより実装し、複雑なチューニングを必要とせず、現実的な粒子スペクトルと流れの非対称性を再現する。主な出力として、$\langle p_T \rangle = 0.55$ GeV/c および実験的傾向と一致する粒子比が得られる。

ABSTRACT

The simple method for simulation of ``thermal'' hadron spectra in ultrarelativistic heavy ion collisions including longitudinal, transverse and elliptic flow is developed. The model is realized as fast Monte-Carlo event generator.

研究の動機と目的

• LHCエネルギーにおける重イオン衝突の集団的流れをシミュレートする計算効率の高い手法の開発。
• 中心的および準中心的Pb-Pb衝突における実験的に観測された横方向および楕円形流れパターンの再現。
• 高コストな完全な微視的モデルを避けることのできる、高速で使いやすいイベントジェネレータの提供。
• 流体力学的動機付けに基づく高速シミュレーションツールを用いて、LHC検出器ソフトウェアおよび物理モデルの検証と相互比較を可能にする。

提案手法

• 相対論的ボルツマン分布を用いて、局所静止系におけるハドロン4運動量を生成し、ボーズ＝アインシュタインまたはフェルミ＝ディラック統計を適用。
• 横方向および長さ方向の迅速度に依存する4速度場を用いたブースト変換を適用し、$u^r = (r/R_f) \sinh Y_T^{\text{max}}$ および $u^z = \sinh \eta$ で定義。
• 楕円形流れは、初期状態の重なりの偏心度 $\epsilon_0 = b/(2R_A)$ から導かれる角度依存の有効凍結表面半径 $R_f(b, \Phi)$ を介して導入。
• 粒子生成数は、核の重なり関数でスケーリングされたポisson分布を用いて設定。
• 最終的な粒子スペクトルは、$T_f = 140$ MeV における凍結表面での統合により計算され、$Y_L^{\text{max}} = 5$ および $Y_T^{\text{max}} = 1$ を使用。
• ジェネレータはFortranで実装され、イベント出力用にJETSETのLUJETS共通ブロックとインターフェースを提供し、最大150,000粒子まで対応。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 簡略化された流体モデルは、LHC重イオン衝突における横方向および楕円形流れパターンを正確に再現できるか？
• RQ2 完全な微視的イベントジェネレータを用いずに、集団的流れ効果をどのように効率的にシミュレートできるか？
• RQ3 LHCエネルギースケールにおける熱的モデルに集団的流れを組み込んだ場合、どのような粒子スペクトルと比が得られるか？
• RQ4 モデルは、側方衝突や高 $p_T$、または前方迅速度 ($|y| \gtrsim 3$) においてどの程度有効性を保つのか？

主な発見

• モデルは $T_f = 140$ MeV、$Y_T^{\text{max}} = 1$、$Y_L^{\text{max}} = 5$ の条件下で、平均横運動量 $\langle p_T^h \rangle = 0.55$ GeV/c を生成する。
• 中間迅速度領域における粒子比 $\pi^\pm : K^\pm : p^\pm = 24:6:1$ は、実験的傾向と良好に一致する。
• 粒子比 $\pi^\pm : \pi^0 = 2:1$、$K^\pm : K^0 = 1:1$、$p:n = 1:1$ は、統計モデルの期待と整合的である。
• 粒子の方位角非対称性は、楕円形流れ形式により良好に記述され、$v_2$ は $\sim 2$ GeV/c まで $p_T$ に応じて増加する傾向を示し、RHICでの観測と一致する。
• ジェネレータは計算的に効率的であり、中心的および準中心的衝突に適している。内部パrameterの追加チューニングは不要。
• モデルは非常に側方衝突（$b \sim 2R_A$）、非常に前方迅速度（$|y| \gtrsim 3$）、または高 $p_T$（$\gg 2-5$ GeV/c）では適用不可であり、この範囲では流体力学的仮定が破綻する。