[論文レビュー] Hadronic "flow" in p--Pb collisions at the Large Hadron Collider?

Y. Zhou, Xiangrong Zhu+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 24, 2015

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 2被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、√sNN = 5.02 TeVにおけるp–Pb衝突における集団的流れを検証するために、UrQMD輸送モデルを用いた。実験的2次および4次累積量と微分的楕円的流れv₂(pT)を再現できないことが判明し、特に高多重度イベントにおけるc₂{4}の正から負への遷移が再現されない。観測されたv₂質量順序（π < K < p）は、ハドロン的相互作用（M-MおよびM-B衝突）を含めた場合にのみ再現され、これは最終状態の散乱に起因するものであり、流体力学的流れに起因するものではないことを示している。

ABSTRACT

Using the Ultra-relativistic Quantum Molecular Dynamics (UrQMD) model, we investigate azimuthal correlations in p--Pb collisions at $\sqrt{s_{_{ m NN}}}=5.02$ TeV. Comparison with the experimental data shows that UrQMD can not reproduce the multiplicity dependence of 2- and 4-particle cumulants, especially the transition from positive to negative values of $c_{2}\{4\}$ in high multiplicity events, which has been taken as experimental evidence of collectivity in p--Pb collisions. Meanwhile, UrQMD can not qualitatively describe the differential elliptic flow, $v_{2}(p_{ m T})$, of all charged hadrons at various multiplicity classes. These discrepancies show that the simulated hadronic p--Pb systems can not generate enough collective flow as observed in experiment, the associated hadron emissions are largely influenced by non-flow effects. However, the characteristic $v_{2}(p_{ m T})$ mass-ordering of pions, kaons and protons is observed in UrQMD, which is the consequence of hadronic interactions and not necessarily associated with strong fluid-like expansions.

研究の動機と目的

• √sNN = 5.02 TeVにおけるp–Pb衝突における実験的方位相相関を再現できるかどうかを、超相対論的量子分子動力学（UrQMD）モデルでテストすること。
• パイオニウム、カリウムおよびプロトン間の観測されたv₂質量順序を生成するにあたり、ハドロン的相互作用（M-MおよびM-B衝突）の役割を評価すること。
• 実験的に観測された多重度依存累積量およびv₂(pT)プロファイルが、ハドロン的輸送モデルにおける最終状態相互作用によって説明可能かどうかを特定すること。
• p–Pb小スケール系における観測された流れに類似した特徴が、真に集団的挙動を示しているのか、それとも非フロー効果に支配されているのかを評価すること。

提案手法

• 高運動量移行過程を処理するため、PYTHIAを用いて初期状態を生成し、√sNN = 5.02 TeVにおけるp–Pb衝突をUrQMD輸送モデルでシミュレートする。
• ALICE、ATLAS、CMSの実験データと比較し、2次および4次累積量（c₂{2}、c₂{4}）および微分的楕円的流れv₂(pT)を評価する。
• M-MおよびM-B衝突を含む・含まないシミュレーションを比較することで、ハドロン的散乱の影響を分離する。
• 異なるイベントクラスにおける累積量およびv₂(pT)の多重度依存性を分析し、集団的挙動の有無をテストする。
• スペクトルのmTスケーリングおよび径方向流れの度合いを分析し、最終状態相互作用の影響を評価する。
• 実験データと同一の多重度クラス定義（正接性領域におけるチャージ粒子多重度に基づく）を用いて、直接比較を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 UrQMDモデルは、p–Pb衝突における2次および4次累積量の多重度依存性を定量的に再現できるか？
• RQ2 UrQMDモデルは、高多重度イベントにおけるc₂{4}の正から負への遷移（集団的挙動の主要な兆候）を再現できるか？
• RQ3 UrQMDにおけるハドロン的相互作用（M-MおよびM-B衝突）が、p–Pb衝突における観測されたv₂質量順序（π < K < p）をどれほど生成するか？
• RQ4 p–Pb衝突における識別されたハドロンの実験的v₂(pT)パターンは、輸送モデルにおける最終状態相互作用によって説明可能か？
• RQ5 p–Pb衝突における観測された流れに類似した特徴は、流体的集団的拡張の代わりに非フロー効果に起因しているとみなせるか？

主な発見

• UrQMDは、2次および4次累積量の多重度依存性を再現できない。特に高多重度イベントにおけるc₂{4}の正から負への遷移が再現されない。
• モデルは、異なる多重度クラスにおけるすべてのチャージドハドロンの微分的楕円的流れv₂(pT)を定量的に記述できない。
• v₂質量順序（パイオニウム < カリウム < プロトン）は、M-MおよびM-B衝突を含めた場合にのみ再現され、これはハドロン的散乱に起因することを示している。
• M-MおよびM-B衝突を含まないシミュレーションでは質量順序が再現されないため、この特徴は初期状態生成に内在するものではなく、最終状態相互作用に起因することが示されている。
• モデルのハドロン的相互作用は弱い径方向流れを生じさせ、mTスペクトルにほとんど変化をもたらさないため、集団的拡張は限定的である。
• 結果から、p–Pb衝突における観測された流れに類似した特徴は、主に非フロー効果および最終状態のハドロン的散乱に支配されており、強い流体的集団的流れに起因するものではないと示唆される。