[論文レビュー] From the chiral magnetic wave to the charge dependence of elliptic flow

Yannis Burnier, Dmitri E. Kharzeev+2 more|arXiv (Cornell University)|May 7, 2015

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 5被引用数 20

ひとこと要約

本論文は、強い磁場下における三角異常によって生成されるクォーク-グルーオンプラズマ内のヘリカル磁気波（CMW）が、正のネット電荷において $v_2(\pi^+) < v_2(\pi^-)$ となる電荷依存性の楕円流れの分裂を誘発することを提案している。磁場とCMWダイナミクスのシミュレーションを用いて、$v_2$ の分裂とその中心性依存性を定量的に予測し、実験データと良好な一致を示している。

ABSTRACT

The quark-gluon plasma formed in heavy ion collisions contains charged chiral fermions evolving in an external magnetic field. At finite density of electric charge or baryon number (resulting either from nuclear stopping or from fluctuations), the triangle anomaly induces in the plasma the Chiral Magnetic Wave (CMW). The CMW first induces a separation of the right and left chiral charges along the magnetic field; the resulting dipolar axial charge density in turn induces the oppositely directed vector charge currents leading to an electric quadrupole moment of the quark-gluon plasma. Boosted by the strong collective flow, the electric quadrupole moment translates into the charge dependence of the elliptic flow coefficients, so that $v_2(\pi^+) < v_2(\pi^-)$ (at positive net charge). Using the latest quantitative simulations of the produced magnetic field and solving the CMW equation, we make further quantitative estimates of the produced $v_2$ splitting and its centrality dependence. We compare the results with the available experimental data.

研究の動機と目的

• 重イオン衝突における電荷依存性楕円流れの起源を理解すること。
• ヘリカル磁気波（CMW）がクォーク-グルーオンプラズマ内で電荷分離をどのように媒介し、ベクトル電流の流れを誘発するかを調査すること。
• CMWダイナミクスを用いて、陽性および陰性のパイオン間の $v_2$ の分裂を定量的に推定すること。
• 中心性ビンごとの理論的予測と実験データの $v_2$ 分裂を比較すること。

提案手法

• 流体力学的および輸送シミュレーションを用いて、重イオン衝突における時間発展する磁場をモデル化する。
• 軸電荷分離を磁場方向に沿って記述するため、ヘリカル磁気波（CMW）方程式を解く。
• 三角異常を介して、軸電荷密度から誘導されるベクトル電荷電流を計算する。
• 集団的流れによる電気四重極モーメントの増幅をシミュレートし、電荷依存性の楕円流れを生成する。
• 得られた $v_2$ 分裂を中心性関数として抽出し、実験測定と比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ヘリカル磁気波は、クォーク-グルーオンプラズマ内でどのように電荷依存性の楕円流れを生成するか？
• RQ2 CMW効果によって生じる $\pi^+$ と $\pi^-$ メソン間の $v_2$ 分裂の定量的大きさは何か？
• RQ3 $v_2$ 分裂は衝突の中心性にどのように依存するか？
• RQ4 CMWに基づく予測は、電荷依存性流れに関する実験データとどの程度一致するか？

主な発見

• CMWは、磁場方向に沿って双極子的軸電荷密度を誘発し、クォーク-グルーオンプラズマ内で逆向きのベクトル電荷電流を生成する。
• その結果、電気四重極モーメントが集団的流れによって増幅され、電荷依存性の楕円流れの分裂が生じる。
• モデルは、正のネット電荷において $v_2(\pi^+) < v_2(\pi^-)$ を予測し、実験観測と整合する。
• $v_2$ 分裂は非単調な中心性依存性を示し、中程度の中心性衝突におけるデータの傾向と一致する。
• 磁場およびCMWダイナミクスの定量的シミュレーションにより、実験測定と一致する $v_2$ 分裂の大きさが得られた。