[論文レビュー] First ALICE results from heavy-ion collisions at the LHC

A. Dainese|arXiv (Cornell University)|Jun 7, 2011

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 2被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、LHCにおける√sNN = 2.76 TeVのPb–Pb衝突から得られたALICEの最初の結果を提示し、励起状態のクォーク- gluonプラズマ（QGP）を特徴付けるために、荷電粒子の多重度、集団的流れ、ボーズ＝アインシュタイン相関、および核修正因子（RAA）を測定した。主な発見として、RHICのそれよりも3倍高いエネルギー密度、ほぼ完全な液体に近い流れを示す強い集団的流れ、および6–7 GeV/cで約0.14の抑制係数が得られ、密度の高い媒体におけるパートンのエネルギー損失が強化されていることが示唆された。

ABSTRACT

The ALICE detector recorded Pb-Pb collisions at sqrtsNN = 2.76 TeV at the LHC in November-December 2010. We present the results of the measurements that provide a first characterization of the hot and dense state of strongly-interacting matter produced in heavy-ion collisions at these energies. In particular, we describe the measurements of the particle multiplicity, collective flow, Bose-Einstein correlations, high-momentum suppression, and their dependence on the collision centrality. These observables are related to the energy density, the size, the viscosity, and the opacity of the system. Finally, we give an outlook on the upcoming results, with emphasis on heavy flavour production.

研究の動機と目的

• LHCにおけるPb–Pb衝突で生成された強い相互作用する物質の高温・高密度状態を特徴付けること。
• 衝突の中心性に応じた主要な観測量（多重度、流れ、相関、抑制）を測定し、クォーク-グルーオンプラズマの性質を調べること。
• RHICのデータおよび流体力学モデルと比較することで、媒体の粘性、不透明度、エネルギー密度を評価すること。
• QGPにおける重いフラバーおよびジェット生成の今後の研究の基盤を確立すること。

提案手法

• ALICE検出器のTPC、ITS、VZEROシステムを用いて荷電粒子を再構築し、イベントの中心性を特定した。
• 中心性に応じた荷電粒子の多重度密度を測定し、初期エネルギー密度を推定した。
• 楕円流（v2）を分析して、媒体の集団的膨張および粘性を評価した。
• 二粒子のボーズ＝アインシュタイン相関を用いて、粒子発生源の空間的スケールを抽出した。
• 核修正因子RAA = (dNAA/dpt)/(1/Ncoll × dNpp/dpt)を計算し、高運動量領域での抑制度を定量化した。
• 直接測定が存在しないため、0.9および7 TeVでのALICEデータの補間を用いて、√s = 2.76 TeVにおけるpp参照スペクトルを構築した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √sNN = 2.76 TeVにおける中央部Pb–Pb衝突の荷電粒子多重度密度は何か？また、中心性にどのように依存するか？
• RQ2 生成された粒子の集団的流れ（v2）は流体力学予測とどのように比較されるか？また、媒体の粘性について何を示唆するか？
• RQ3 二粒子のボーズ＝アインシュタイン相関によって測定された粒子発生源の空間的広がりは何か？
• RQ4 Pb–Pb衝突とpp衝突とを比較して、高運動量粒子はどの程度抑制されるか？これはパートンのエネルギー損失に何を示唆するか？
• RQ5 6–7 GeV/cにおける核修正因子RAAの挙動は何か？また、RHICの結果と比較するとどうなるか？

主な発見

• 中央部Pb–Pb衝突における測定済みの荷電粒子多重度密度は、これまでに観測された中で最高であり、エネルギー密度がRHICのそれよりも少なくとも3倍高いことを示唆している。
• 粒子発生源のサイズは、RHICエネルギー時と比較して2倍大きいことが判明し、より長寿命で広がりのある系である可能性を示唆している。
• 多重度の中心性依存性は中央部に近づくにつれて平坦化し、衝突核の初期状態におけるグルーオンの飽和の可能性を示唆している。
• 楕円流（v2）は強く、流体力学モデルと整合的であり、非常に低い粘性を持つほぼ完全な液体であることを示唆している。
• 核修正因子RAAは6–7 GeV/cで約0.14の最小値を示し、高運動量粒子の強い抑制と、密度の高い媒体内でのエネルギー損失の増大を示している。
• RAAのパターンは7から20 GeV/cの間で2倍に増加しており、非常に高運動量のパートンはエネルギーをわずかにしか失わない可能性があり、媒体の性質を調べる感度の高いプローブであると考えられる。