[論文レビュー] Initial state fluctuations of QCD conserved charges in heavy-ion collisions

Mauricio Martínez, Matthew D. Sievert+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 22, 2019

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 9

ひとこと要約

本論文は、QCD保存量（バリオン数B、奇素数S、電荷Q）の初期状態フラクチュエーションを、色ガラスコンデンエート（CGC）フレームワーク内でのグルーオンのクォーク-反クォーク対への分裂をサンプリングすることにより、重イオン衝突におけるイベントごとの初期状態フラクチュエーションを生成する、新しいモンテカルロフレームワークICCINGを紹介する。エネルギー密度の幾何構造に従うバリオン数と電荷とは対照的に、奇素数は400 MeVを超えるホットスポットで生成され、強いイベントごとの非対称性を示すが、そのためにより顕著な偏心度を示す。

ABSTRACT

We initialize the Quantum Chromodynamic conserved charges of baryon number, strangeness, and electric charge arising from gluon splitting into quark-antiquark pairs for the initial conditions of relativistic heavy-ion collisions. A new Monte Carlo procedure that can sample from a generic energy density profile is presented, called Initial Conserved Charges in Nuclear Geometry (ICCING), based on quark and gluon multiplicities derived within the color glass condensate (CGC) effective theory. We find that while baryon number and electric charge have nearly identical geometries to the energy density profile, the initial strangeness distribution is considerable more eccentric and is produced primarily at the hot spots corresponding to temperatures of $T\gtrsim 400$ MeV for PbPb collisions at $\sqrt{s_{NN}}=5.02$ TeV.

研究の動機と目的

• LHCエネルギーにおける重イオン衝突におけるQCD保存量（B、S、Q）のイベントごとのフラクチュエーションを初めて2次元でモデル化すること。
• 海クォークの初期状態ダイナミクスをグルーオン分裂を通じてモデル化することで、奇素数増幅と電荷分離の未解決の矛盾を解消すること。
• 流れ調和や電荷相関といった観測量における初期状態効果と媒体効果を分離すること。
• ビームエネルギースキャン研究の前段階として、μB=0領域におけるBSQ拡散係数の制約のためのベースラインを提供すること。
• バリオン数、奇素数、電荷のイベントごとのフラクチュエーションを伴う現実的な初期条件を供給することで、将来的な流体力学的シミュレーションを可能にすること。

提案手法

• ICCINGアルゴリズムは、一般的な2次元エネルギー密度プロファイルをサンプリングし、CGC有効理論から導かれた$g \to q\bar{q}$分裂確率に基づいて初期クォーク-反クォーク対を割り当てる。
• 理論的分裂関数を用いてクォークのフレーバー多重度と空間的ずれをサンプリングし、質量のしきい値と運動量分率を明示的にモデル化する。
• 飽和スケールをMVモデルで扱い、クォーク対間の距離$r$の関数として、$q\bar{q}$分裂確率に依存するカットオフを含める。
• モンテカルロ技術を用いたイベントごとのサンプリングにより、B、S、Qの電荷分布をエネルギー密度プロファイルから独立して生成する。
• 特に高い$s\bar{s}$対生成しきい値を考慮したフレーバー依存のしきい値をモデル化し、非一様な奇素数分布を再現する。
• 本フレームワークは3次元、有限バリオン密度、完全な流体力学的シミュレーションへの拡張が可能であり、今後の研究で抽出された海クォークPDFに更新可能である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 QCD保存量（バリオン数、奇素数、電荷）の初期状態フラクチュエーションの空間的幾何は、それらのエネルギー密度プロファイルとどのように異なっているか？
• RQ2 質量のしきい値とフレーバー依存の分裂確率は、初期クォーク分布における非自明な空間的構造をどのように引き起こすか？
• RQ3 正および負の奇妙クォークの幾何におけるイベントごとのフラクチュエーションは、実験で観測された電荷分離効果を説明できるか？
• RQ4 保存量分布の偏心度はエネルギー密度のそれと比べてどの程度異なるか？また、流れ調和測定にどのような含意を持つのか？
• RQ5 保存量の初期状態フラクチュエーションは、μB=0領域におけるBSQ拡散係数の制約のためのベースラインを提供できるか？

主な発見

• 奇素数分布はエネルギー密度プロファイルよりも顕著に偏心度が高く、$T \gtrsim 400$ MeVの局所的ホットスポットでピークが観測される。
• $S^+$と$S^-$の分布は、イベントごとの非対称性が顕著で、その偏心度はイベントごとに著しく異なる。
• バリオン数と電荷の分布はエネルギー密度の幾何に近く従うが、初期状態の量子フラクチュエーションによりわずかだが有限のネット偏心度フラクチュエーションを示す。
• 初期の奇素数の幾何は、主な衝突幾何に依存するのではなく、局所的温度と$s\bar{s}$対生成しきい値に依存し、非一様な空間的パターンを示す。
• 本モデルは新たな観測量を提供する：イベントごとの$K^+$と$K^-$の差の$v_2\{2\}$によるネットカイオン流れで、個々の$v_2\{2\}$値の単純な差分とは異なる。
• ICCINGフレームワークは、将来的なBSQ流体力学における初期状態から最終状態への影響の研究を可能にし、特定粒子の$v_2\{4\}/v_2\{2\}$比を用いた初期条件モデルの制約への道筋を提供する。