[論文レビュー] Indications for Cluster Melting from Forward-Backward Charge Fluctuations at RHIC Energies

M. Abdel-Aziz, Marcus Bleicher|ArXiv.org|May 26, 2006

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、RHICにおけるAu+Au衝突における前向後向電荷フラクチュエーションとクラスター崩壊ダイナミクスを結びつけるモデルを提案し、中心性が高い衝突におけるクラスター多様性（k）の減少と短距離相関長（λ_short）の低下が、高温・高密度な物質中での相互作用に起因するクラスターの部分的融解を示していることを示している。モデルは、0%-3%の中心性においてk ≈ 1.9およびλ_short ≈ 0.3を予測しており、最も中心的な衝突においてクラスターがほぼ完全に融解していることを示唆している。

ABSTRACT

We study forward-backward charge fluctuations to probe the correlations among produced particles in ultra relativistic heavy ion collisions. We develop a model that describes the forward-backward dynamical fluctuations and apply it to interpret the recent PHOBOS data. Within the present model, the dynamical fluctuations are related to the particle production mechanism via cluster decay and to long range correlations between the forward and backward rapidity hemispheres. We argue that with a tight centrality cut, PHOBOS may see a strong decrease of the dynamical fluctuations. Within the present model, this deterioration of the correlation among the produced hadrons can be interpreted as a sign for the production of a hot, dense and interacting medium.

研究の動機と目的

• 超相対論的重イオン衝突における粒子生成メカニズムを調査すること、特に、ハドロン的共鳴状態、部分的ストリング、またはQGPドロップレットなどのクラスターが高密度物質中で生存するか融解するかを明らかにすること。
• PHOBOSが測定した前向後向電荷フラクチュエーションが、√sNN = 200 GeVにおけるAu+Au衝突におけるクラスター崩壊および物質効果のプローブとして機能するかを特定すること。
• クラスター崩壊を介して生成される粒子の割合（f）と有効クラスター多様性（k）を定量化し、これらが衝突の中心性にどのように依存するかを評価すること。
• 中心的衝突におけるクラスター融解の仮説が、クォーカン・グルーオンプラズマ（QGP）のような高温・高密度かつ相互作用的な物質の形成を示唆するかを検証すること。

提案手法

• モデルは、前後方向相関変数Cの分散を、クラスター崩壊に起因する短距離（SR）および長距離（LR）相関の寄与に分解し、その重みとしてf（クラスター崩壊由来粒子の割合）を用いる。
• 短距離フラクチュエーション項σ²_SRは、k[1 − exp(−Δη/λ_short)]としてモデル化され、ここでkは有効クラスター多様性、λ_shortは短距離ラピディティ相関長である。
• モデルは、0%-20%から40%-60%の中心性ビンにわたるAu+Au衝突におけるPHOBOSの前後方向電荷フラクチュエーションデータに適用されている。
• 測定されたσ²_Cを理論式σ²_C = fσ²_SR + (1−f)σ²_LRにフィットさせることで、fおよびkのモデルパラメータが抽出されている。ここでσ²_LRは長距離相関を表す。
• kおよびλ_shortを0%-3%中心性へ線形補外することで、最も中心的な衝突におけるクラスター融解度を推定している。
• ジェット誘発アーチファクトがクラスタリング効果を模倣する可能性を最小限に抑えるため、ソフト運動量領域（pt < 2 GeV）に焦点を当てている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中心的Au+Au衝突において、外的クラスター多様性kは外側の衝突に比べて減少するか。これはクラスター融解を示唆するか。
• RQ2 短距離ラピディティ相関長λ_shortは中心性とともにどのように変化するか。これはクラスターの生存に何を示唆するか。
• RQ3 前後方向電荷フラクチュエーションは、重イオン衝突におけるクラスター崩壊と独立粒子放出を区別するのに用いられるか。
• RQ4 密度の高い物質との相互作用が、クラスター崩壊の痕跡をどの程度抑制するか。その抑制は定量的に評価可能か。
• RQ5 最も中心的な衝突（0%-3%）におけるkおよびλ_shortの予測挙動は何か。これは完全なクラスター融解の極限に近づくか。

主な発見

• 有効クラスター多様性kは、外側衝突（40%-60%）の2.7から中心的衝突（0%-20%）の2.2に低下しており、中心的衝突におけるクラスターのサイズの縮小または生存の減少を示している。
• 短距離ラピディティ相関長λ_shortは中心性の増加に伴い低下しており、崩壊生成物の空間的およびラピディティ的相関範囲の縮小を示唆している。
• 0%-3%中心性への線形補外により、k ≈ 1.9およびλ_short ≈ 0.3が予測され、最も中心的な衝突におけるクラスターの部分的融解を示している。
• クラスター崩壊を介して生成される粒子の割合fも中心的衝突に向かって低下しており、相関粒子放出の減少を示している。
• kおよびλ_shortの観察された低下は、物質誘発クラスター融解の証拠と解釈されており、クォーカン・グルーオンプラズマのような高温・高密度かつ相互作用的な物質の形成を示唆する可能性がある。
• 結果から、最も中心的な衝突ではクラスター崩壊が抑制され、kが1に近づき、独立粒子放出が支配的になる可能性があると示唆されている。