[論文レビュー] Fluctuations of charge separation perpendicular to the event plane and local parity violation in sqrt(sNN)=200 GeV Au+Au collisions at RHIC

STAR Collaboration, L. Adamczyk+366 more|arXiv (Cornell University)|Feb 15, 2013

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 12

ひとこと要約

本研究では、RHICにおける√sNN = 200 GeVのAu+Au衝突において、イベント平面に垂直な方向における電荷分離の揺らぎを、STAR実験を用いて調査した。三点相関関数において電荷分離に敏感な顕著な信号が得られたが、低相対運動量領域では主にフェムトスコピック効果が寄与していた。一方、フェムトスコピック効果を抑制した後も持続する反対電荷相関信号は、チラル磁気効果（CME）の寄与の可能性を示唆するが、電荷バランス関数や集団的流れといったパリティ偶数背景が除外できない。

ABSTRACT

Previous experimental results based on data (15 million events) collected by the STAR detector at RHIC suggest event-by-event charge separation fluctuations perpendicular to the event plane in non-central heavy-ion collisions. Here we present the correlator previously used split into its two component parts to reveal correlations parallel and perpendicular to the event plane. The results are from a high statistics 200 GeV Au+Au collisions data set (57 million events) collected by the STAR experiment. We explicitly count units of charge separation from which we find clear evidence for more charge separation fluctuations perpendicular than parallel to the event plane. We also employ a modified correlator to study the possible P-even background in same and opposite charge correlations, and find that the P-even background may largely be explained by momentum conservation and collective motion.

研究の動機と目的

• √sNN = 200 GeVのAu+Au衝突におけるイベント平面に垂直な方向の電荷分離揺らぎを調査すること。
• 観測された電荷相関がチラル磁気効果（CME）と整合しているか、それともパリティ偶数背景由来であるかを特定すること。
• 三値相関関数におけるフェムトスコピック相関と集団的流れ効果の寄与を分離すること。
• イベント平面の整列と運動量保存が電荷分離信号に与える役割を評価すること。
• フェムトスコピック効果および共鳴状態崩壊効果を抑制した後も、観測された信号が持続するかを評価すること。

提案手法

• STAR検出器を用いて、イベント平面に対する電荷分離に関連する三値相関関数を測定した。
• フェムトスコピック相関を抑制するために、運動量差ΔpT > 0.15 GeV/cおよび迅速度差Δη > 0.15の運動学的カットを適用した。
• 共鳴状態の崩壊、最終状態相互作用、集団的流れの影響をモデル化・推定するために、THERMINATORモンテカルロシミュレーションを用いた。
• フェムトスコピック効果が支配的である領域を特定するために、迅速度（η）および横方向運動量（pT）に関する微分相関を分析した。
• 平面内および平面外領域における同電荷および反対電荷相関を比較することで、CMEに類似した信号を隔離した。
• 電荷バランス関数や楕円流といったパリティ偶数プロセスの寄与を定量化し、観測された相関を説明した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √sNN = 200 GeVのAu+Au衝突における観測された電荷分離信号は、チラル磁気効果（CME）と整合しているか？
• RQ2 低相対運動量領域におけるフェムトスコピック相関が、観測された三値電荷相関信号にどの程度寄与しているか？
• RQ3 共鳴状態の崩壊や電荷バランス関数といったパリティ偶数プロセスが、測定された電荷分離相関にどのように影響しているか？
• RQ4 低運動量ペアを抑制した後も信号が持続するか。これは真のCMEに類似した寄与を示唆するか？
• RQ5 楕円流およびイベント平面の整列が、CMEに類似した電荷分離を生成するか、あるいは模倣する役割を果たすか？

主な発見

• フェムトスコピック相関を抑制するためのカットを適用した後も、三値相関関数に顕著な信号が残っており、非フェムトスコピック起源を示唆している。
• 側方衝突における反対電荷相関の正の信号は、主にフェムトスコピック効果が支配する低相対運動量領域に局在している。
• 低相対運動量ペアを除外すると、反対電荷相関への正の寄与が減少するが、同電荷と反対電荷の信号差はCMEの期待と一貫している。
• 電荷分離揺らぎのRMSは、イベント平面に垂直な方向（ΔQ_OUT）の方が平行方向（ΔQ_IN）よりも大きいことから、平面外方向に電荷分離が強化されている可能性がある。
• パリティ偶数プロセス、特に電荷バランス関数と楕円流の組み合わせは、観測された信号と同程度の大きさの同電荷三値相関を生成することができる。
• 信号が第1および第2調和のイベント平面と整合することは、反応平面に関連していることを支持するが、CMEを背景メカニズムから明確に確認するものではない。