[論文レビュー] Measurements of longitudinal flow decorrelations in $pp$ and Xe+Xe collisions with the ATLAS detector

Aad, Georges, Abbott, Braden Keim+2942 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、ATLAS検出器を用いて13 TeV ppおよび5.44 TeV Xe+Xe衝突における縦方向流れの相関性のない相関を測定し、非流動項の補正を施した二粒子相関法を用いて、流体力学的効果を分離した。結果は、ppおよび外縁的Xe+Xe系における相関性のない相関を記述するには、素核子的構造および縦方向エネルギー堆積のフラクチュエーションが不可欠であることを示しており、標準的流体力学を越えた非自明な初期状態ダイナミクスを示唆している。

ABSTRACT

Measurements of longitudinal flow decorrelations in 13 TeV $pp$ and 5.44 TeV Xe+Xe collisions with the ATLAS detector are presented. The measurements are performed using the two-particle correlation method, combining charged-particle tracks within $|\eta| < 2.5$ with either calorimeter energy clusters or towers within $4.0<|\eta|<4.9$. A template-based subtraction procedure is used to remove non-flow effects in both the $pp$ and the Xe+Xe analyses. The dependence of the longitudinal flow decorrelations on the pseudorapidity separation between the particles is characterized via the slope parameter $F_n$ for the elliptic ($n=2$) and triangular ($n=3$) harmonic moments. The results are reported as a function of charged-particle multiplicity for the $pp$ and Xe+Xe collision systems. Comparing the data to a color string-based model of the initial geometry indicates that in $pp$ and peripheral Xe+Xe collisions, sub-nucleonic structure and fluctuations in longitudinal energy deposition are needed to describe the data.

研究の動機と目的

• 初期状態幾何構造および非平衡ダイナミクスのプローブとして、ppおよびXe+Xe衝突における縦方向流れの相関性のない相関を調査すること。
• 低多重度系において、ジェットや崩壊からの非流動相関が、相関性のない信号を模倣するという課題に対処すること。
• 初期幾何構造を色のストリングに基づくモデルが、ppおよびXe+Xe衝突の両方で観測された相関性のないパターンを記述できるかどうかを検証すること。
• 大型核を超えて、より小さな系への縦方向相関性のない相関測定を拡張し、素核子的自由度の役割を調査すること。
• 異なるピエドロプシティタップ領域に適用可能なテンプレートベースの非流動項補正法を提供すること。

提案手法

• charged-particle トラック（|η| < 2.5）と前方コロイメータ（4.0 < |η| < 4.9）におけるエネルギー堆積を相関させる二粒子相関（2PC）法を用いる。
• 短距離相関（集団的流れとは無関係）の寄与を除去するため、テンプレートベースの非流動項補正（NFS）手順を適用する。
• ピエドロプシティタップ分離Δ𝜂の関数として、楕円（𝑛=2）および三角（𝑛=3）調和モーメントの傾きパラメータ𝐹𝑛を測定する。
• charged-particle多重度のビンごとにデータを分析し、系のサイズおよび初期状態幾何構造に伴う相関性のない相関の進化を調査する。
• 初期幾何構造の色ストリングモデルと比較し、縦方向エネルギー堆積のフラクチュエーションの役割を評価する。
• ATLAS検出器の全ピエドロプシティタップカバレッジを活用し、インナートラッカーのデータと前方コロイメータのタワーやトポクラスタ（ppでは限定的）を統合する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ppおよびXe+Xe衝突における縦方向流れの相関性のない相関は、ブースト不変流体力学的期待値からどの程度逸脱しているか？
• RQ2 非流動効果が低多重度系における縦方向相関性のない相関の測定をどの程度歪めるのか、そしてそれらをどの程度効果的に補正できるか？
• RQ3 初期幾何構造の色ストリングモデルが、ppおよびXe+Xe衝突の両方で観測されたΔ𝜂依存性の相関性のない相関を再現できるか？
• RQ4 素核子的構造および縦方向エネルギー堆積のフラクチュエーションが、データを説明する上で果たす役割は何か？
• RQ5 decorrelation傾きパラメータ𝐹𝑛はppおよびXe+Xe系において多重度にどのように依存するか、そして初期状態ダイナミクスに何を示唆するか？

主な発見

• ppおよび外縁的Xe+Xe衝突における縦方向流れの相関性のない相関は、ピエドロプシティタップ分離Δ𝜂に顕著に依存しており、傾きパラメータ𝐹𝑛で定量的に表される。
• 𝑛=2および𝑛=3調和モーメントの測定された𝐹𝑛値は、charged-particle多重度とともに増加し、高多重度で相関性のない相関が強くなることを示している。
• 縦方向エネルギー堆積のフラクチュエーションを含む色ストリングベースのモデルは、ppおよびXe+Xe両系でデータをうまく記述できる。
• 素核子的構造および縦方向フラクチュエーションを除外した場合、モデルはデータを再現できないため、一貫した記述にはこれらが不可欠であることが示された。
• テンプレート法による非流動項補正は、誤った相関を効果的に抑制し、流体力学的傾向に類似した相関性のない信号を明確に抽出できた。
• 結果は、小スケール系における初期状態ダイナミクスが、標準的流体力学では完全に記述できないこと、素核子的および縦方向フラクチュエーションの組み込みが不可欠であることを示唆している。