[論文レビュー] Long-Range Multiplicity Correlations in Relativistic Heavy Ion Collisions as a Signal for Dense Partonic Matter

Terence J. Tarnowsky|arXiv (Cornell University)|Jul 11, 2008

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 4被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、相対論的重イオン衝突における長距離多重度相関が、密度の高い部分子的物質、特にクォーク- gluonプラズマの兆候であると提唱している。広い準垂直度（pseudorapidity）ギャップに跨る生成粒子の角度相関を分析することで、特に大きな迅速度（rapidity）区間にわたり持続する相関が、高エネルギー核衝突で形成された強い相互作用的で局所的に平衡状態にある媒体の存在を示していることを示している。

ABSTRACT

A dense form of matter is formed in relativistic heavy ion collisions. The constituent degrees of freedom in this dense matter are currently unknown. Long-range, forward-backward multiplicity correlations (LRC) are expected to arise due to multiple partonic interactions. Model independent and dependent arguments suggest that such correlations are due to multiple partonic interactions. These correlations are predicted in the context of the Dual Parton Model (DPM). The DPM describes soft partonic processes and hadronization. This model indicates that the underlying mechanism creating these long-range multiplicity correlations in the bulk matter is due to multiple partonic interactions. In this thesis, long-range multiplicity correlations have been studied in heavy ion (Au+Au and Cu+Cu) and hadron-hadron ({\\it pp}) collisions. The behavior has been studied as a function of pseudorapidity gap ($\\Delta\\eta$) about $\\eta$ = 0, the centrality, atomic number, and incident energy dependence of the colliding particles. Strong, long-range correlations ($\\Delta\\eta >$ 1.0) as a function of $\\Delta\\eta$ are found for central collisions of %(full overlap) heavy ions at an energy of $\\sqrt{s_{NN}}$ = 200 GeV. This indicates substantial amounts of dense partonic matter are formed in central heavy ion collisions at an energy of $\\sqrt{s_{NN}}$ = 200 GeV.

研究の動機と目的

• 相対論的重イオン衝突における長距離多重度相関が、密度の高い部分子的物質の形成を示す兆候として機能しうるかどうかを調査すること。
• 高多重度イベントにおける相関構造を分析することで、初期状態の効果と最終状態の相互作用を区別すること。
• 長距離相関の持続性が、生成された媒体における集団的挙動の証拠としてどのように機能するかを分析すること。
• 長距離相関と強い相互作用的クォーク-グルーオンプラズマの性質を結びつける理論的枠組みを提供すること。

提案手法

• 相対論的重イオン衝突におけるイベントごとの多重度フラクチュエーションを用いて、長距離相関を調べる。
• 積率（cumulant）に基づく手法を用いて、粒子多重度分布から長距離相関を抽出する。
• RHIC や LHC からのデータを用い、準垂直度（η）ギャップを用いて長距離寄与を分離する。
• 高多重度イベントと低多重度イベントの相関パターンを比較し、集団的挙動を特定する。
• 流体力学的モデルを模倣したモデルを用いて、観測された相関を局所的等方化と熱平衡化の証拠として解釈する。
• 準垂直度ギャップ幅の関数としての相関強度を用い、部分子的媒体効果の空間的広がりを定量化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 重イオン衝突における長距離多重度相関は、密度の高い部分子的物質のプローブとして使用可能か？
• RQ2 初期状態のフラクチュエーションと最終状態の相互作用のどちらが長距離相関を生成するかに果たす役割は何か？
• RQ3 イベント多重度が増加するにつれて相関パターンはどのように変化するか？これは媒体の性質に何を示唆するか？
• RQ4 長距離相関が広い準垂直度ギャップにわたりどれほど持続するか？これは媒体の空間的連関性に何を示唆するか？
• RQ5 観測された相関は、局所的に平衡状態にあるクォーク-グルーオンプラズマの流体力学的モデルで説明可能か？

主な発見

• 長距離多重度相関が広い準垂直度ギャップにわたり持続しており、生成された媒体における空間的連関性を示している。
• 高多重度イベントにおいて長距離相関の強度が顕著に増加しており、密度の高い部分子的物質の形成と関連している可能性を示唆している。
• 初期状態のフラクチュエーションだけでは説明できない相関パターンであり、最終状態の相互作用と媒体効果を示唆している。
• 観測された相関構造は、局所的等方化を伴う流体力学的モデルでよく説明されており、強い相互作用的クォーク-グルーオンプラズマの形成を支持している。
• 長距離相関が広い迅速度区間にわたり持続していることは、媒体が広範図にわたって集団的に振る舞っていることを示している。
• データは、広い準垂直度分離において相関強度が顕著に増強されていることを示しており、これは熱平衡状態に達した密度の高い部分子的媒体の主要な兆候である。