[論文レビュー] Jet quenching effects on the direct, elliptic, and triangular flow at RHIC

R. P. G. Andrade, Jorge Noronha+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 7, 2014

Magnetic confinement fusion research被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、RHICにおける中心的Au+Au衝突における一部子ダイジェットがクォーカー・グルーオンプラズマ（QGP）にエネルギーおよび運動量を注入する際、直接的、楕円的、および三角的流れに与える影響を調査する。ブースト不変性を仮定したイベントごとの理想流体力学的計算に、ダイジェットエネルギー損失をモデル化した外部源項を組み込み、12 GeVを超えるエネルギーが注入されると、中間的 $p_T$（$1 < p_T < 3$ GeV）領域でダイジェット誘発の非対称的流れが顕著になることが判明。これにより、流れ係数と幾何的対称性の相関が弱まり、ジェット強化イベントにおけるダイハドロン相関を通じて直接的流れ（$v_1$）を直接探査可能になる。

ABSTRACT

In this paper we investigate how the energy and momentum deposited by partonic dijets in the quark-gluon plasma may affect the direct, elliptic and triangular flow of low (and intermediate) $p_T$ hadrons in central Au+Au collisions at RHIC. The dijets are modeled as external sources in the energy-momentum conservation equations for hydrodynamics, which are solved on an event-by-event basis within the ideal fluid approximation. We focus our investigation at mid-rapidity and solve the hydrodynamic equations imposing boost invariance. Differential anisotropic flow coefficients for $p_T \gtrsim 1$ GeV are found to be significantly enhanced if the dijets deposit on average more than 12 GeV in the QGP (or more than 6 GeV per jet). Because this jet-induced extra anisotropic flow is not related to the fluctuations of the initial geometry of the collision, the correlation between the $v_2$ and $v_3$ coefficients and their corresponding eccentricities is considerably weakened. In addition, we argue that the extra amount of direct flow induced by dijets may be quantified by comparing the azimuthal dependence of dihadron correlations in dijet events with the corresponding quantity obtained in events without dijets. This comparison could be used to give a rough estimate of the magnitude of the effective coupling between the jets and the medium.

研究の動機と目的

• ダイジェットによるQGP内でのエネルギーおよび運動量の注入が、低〜中間的 $p_T$ のハドロンの直接的、楕円的、および三角的流れに与える影響を調査すること。
• ジェット誘発の非対称的流れが初期状態の幾何的対称性からどれほど分離するかを評価し、流れ係数と同義の離心率 $\varepsilon_{m,n}$ 間の相関がどれほど弱まるかを明らかにすること。
• ジェット強化とジェット非強化のイベントアンサンブルを用いたダイハドロン方位相関関数を用いて、有効なジェット-媒体結合定数の粗い推定値を求める手法を提案すること。
• ダイジェットイベントにおける方位相関を通じて、ジェット誘発の直接的流れ（$v_1$）の検出可能性を調査すること。

提案手法

• ダイジェットを、理想流体のエネルギー運動量保存方程式 $D_ u T^{ ueta} = J^ u$ における外部4電流源 $J^ u$ としてモデル化する。
• ブースト不変性および横方向の膨張を仮定した下で、パラメータ化されたエネルギー損失率 $dE/dl|_0$ を用いて、イベントごとの流体力学方程式を解く。
• 初期状態にフラクチュエーションを含む条件下で、$\sqrt{s_{NN}} = 200$ GeV の中心的Au+Au衝突を $(0-5)\%$ の中心性ウィンドウでシミュレートする。
• イベント平面法を用いて非対称的流れ係数 $v_n$ および流れ角度 $\Psi_n$ を計算し、ダイジェット有無の結果を比較する。
• ダイハドロン方位相関関数 $C(\Delta\phi)$ およびバックグラウンド補正済み関数 $R(\Delta\phi)$ を分析し、ジェット誘発の流れ効果を分離する。
• 直接的流れの符号および構造を解釈するために、位相差 $\Delta_1 = \Psi_1^t - \Psi_1^a$ を用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 RHICにおける中心的Au+Au衝突において、QGP内でのダイジェットエネルギー注入が、低〜中間的 $p_T$ のハドロンの直接的、楕円的、および三角的流れにどのように影響を与えるか？
• RQ2 ジェット誘発の非対称的流れは、衝突の初期幾何的対称性からどれほど分離するか。これにより、$v_n$ と対応する離心率 $\varepsilon_{m,n}$ 間の相関はどれほど弱まるか？
• RQ3 ダイハドロン方位相関関数を用いて、有効なジェット-媒体結合定数の粗い推定値を抽出できるか？
• RQ4 直接的流れ（$v_1$）はダイハドロン相関において果たす役割は何か。また、関連粒子の横運動量によってどのように変調されるか？

主な発見

• ダイジェット誘発の非対称的流れは、中間的 $p_T$（$1 < p_T < 3$ GeV）領域でのみ顕著になり、QGPに12 GeVを超えるエネルギーが注入されると、$v_2$ および $v_3$ 係数が著しく増大する。
• ジェット誘発の流れが初期幾何に依存しないため、$v_2$ および $v_3$ とそれに対応する初期離心率 $\varepsilon_{2}$ および $\varepsilon_{3}$ 間の相関が顕著に弱まる。
• ジェットによって誘発される直接的流れ（$v_1$）は、特にジェット強化アンサンブルにおいて明確に観測可能であり、係数 $c_1$ の符号は関連粒子の $p_T$ 範囲に依存する。
• 低 $p_T^a$ の関連粒子（$p_T^a < 1$ GeV）では、$\left<\cos\Delta_1\right> < 0$ となり、逆側ピークが強化される（$c_1 < 0$）。一方、中間的 $p_T^a$（$2 < p_T^a < 3$ GeV）では、$\left<\cos\Delta_1\right> > 0$ となり、近接側ピークが強化される（$c_1 > 0$）。
• $v_1$ 係数は低 $p_T$ で正、中間および高 $p_T$ で負であり、ダイハドロン相関における観測された変調と整合的である。
• ジェット強化とジェット非強化のアンサンブルにおけるダイハドロン相関を比較することで、有効なジェット-媒体結合の大きさを推定する実用的な手法が得られ、特に $v_1$ の挙動を通じてその推定が可能である。