[論文レビュー] Multiplicity and event-scale dependent flow and jet fragmentation in pp collisions at $ \sqrt{s} $ = 13 TeV and in p–Pb collisions at $ \sqrt{s_{ extrm{NN}}} $ = 5.02 TeV

ALICE Collaboration, Adamova, Dagmar+1061 more|arXiv (Cornell University)|Aug 31, 2023

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 124被引用数 2

ひとこと要約

本研究は、13 TeVおよび5.02 TeVにおけるppおよびp–Pb衝突における流れとジェット断片化を、二粒子の角度相関を用いて調査する。低多重度テンプレートフィット法を適用してジェット由来の非流れ効果を差し引くことで、多重度が低下するにつれて長距離相関信号が減少することが明らかになり、ハードプローブ（ジェットや先行粒子）を用いたイベント選択においても流れ係数の顕著な変化が認められない。これは現在の流体力学的モデルに挑戦するものであり、小スケール系における初期状態の記述の改善が求められることを示唆する。

ABSTRACT

Long- and short-range correlations for pairs of charged particles are studied via two-particle angular correlations in pp collisions at $\sqrt{s}=13$ TeV and p$-$Pb collisions at $\sqrt{s_\mathrm{NN}} = 5.02$ TeV. The correlation functions are measured as a function of relative azimuthal angle $Δφ$ and pseudorapidity separation $Δη$ for pairs of primary charged particles within the pseudorapidity interval $|η| < 0.9$ and the transverse-momentum interval $1 < p_{ m T} < 4$ GeV/$c$. Flow coefficients are extracted for the long-range correlations ($1.6 < |Δη| <1.8$) in various high-multiplicity event classes using the low-multiplicity template fit method. The method is used to subtract the enhanced yield of away-side jet fragments in high-multiplicity events. These results show decreasing flow signals toward lower multiplicity events. Furthermore, the flow coefficients for events with hard probes, such as jets or leading particles, do not exhibit any significant changes compared to those obtained from high-multiplicity events without any specific event selection criteria. The results are compared with hydrodynamic-model calculations, and it is found that a better understanding of the initial conditions is necessary to describe the results, particularly for low-multiplicity events.

研究の動機と目的

• 高多重度ppおよびp–Pb衝突における長距離相関の起源を解明すること。これは、集団的性が大規模かつ熱平衡状態の媒体を必要とするという従来の見解に挑戦する。
• 特に小スケール系において、ジェット断片化に起因する非流れ寄与（非流れ効果）と流れに似た相関を分離すること。
• ハードプローブ（ジェットや先行粒子）の存在が観測された流れ係数に影響を及ぼすかどうかを評価し、最終状態相互作用の役割を検証すること。
• 実験的結果が流体力学的および代替的モデルとどの程度整合するかを評価すること、特に低多重度領域における整合性を検討すること。
• 現在のマルチステージモデル（例：CGC-EFT、因果的流体力学）が小スケール系における流れを記述する際、初期状態に関する限界を特定すること。

提案手法

• 主な荷電粒子（|η| < 0.9、1 < pT < 4 GeV/c）を対象に、相対的方位角差（∆ϕ）および準垂直距離差（∆η）における二粒子角度相関を測定する。
• 高多重度イベントにおける強化された反対側ジェット断片化分布を低多重度テンプレートフィット法で差し引くことで、真の長距離流れを分離する。
• さまざまな高多重度イベントクラスにおいて、長距離相関（1.6 < |∆η| < 1.8）の流れ係数（v2）を抽出する。
• ハードプローブ（ジェットや先行粒子）を含むイベントと含まないイベントの流れ係数を比較し、集団的信号に与える影響を評価する。
• 流体力学的モデルの計算結果と比較することで、多重度クラスにわたるモデルの性能を評価する。
• グローバルベイズ解析を用いてモデルパラメータを制約し、特に小スケール系における初期状態および輸送特性に焦点を当てる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ppおよびp–Pb衝突における長距離流れ信号は、イベントの多重度にどのように依存するか。低多重度に近づくにつれて減少するか。
• RQ2 高多重度イベントにおける測定された流れ係数は、ジェット断片化に起因する寄与（非流れ効果）によってどの程度汚染されているか。
• RQ3 ハードプローブ（ジェットや先行粒子）を含むイベントは、包括的な高多重度イベントと比較して顕著に異なる流れ係数を示すか。
• RQ4 CGC-EFTおよび因果的流体力学を含む現在の流体力学的モデルは、多重度クラスにわたる観測された流れパターンを定量的に記述できるか。
• RQ5 初期状態のフラクチュエーションや初期状態条件は、特に低多重度イベントにおける観測された流れに似た相関の生成にどの程度寄与しているか。

主な発見

• 長距離流れ係数（v2）は、多重度が低下するにつれて顕著に減少し、多重度依存の集団的性が示唆される。
• 低多重度テンプレートフィット法により、高多重度イベントにおけるジェット由来の非流れ寄与を差し引くことで、真の流れ信号を効果的に分離できた。
• ジェットや先行粒子を含むイベントでは、包括的な高多重度イベントと比較して流れ係数の顕著な変化が認められず、最終状態のジェット効果が観測された集団的性を支配していないことが示唆される。
• 流体力学的モデルの計算結果は、特に低多重度領域においてデータを定量的に記述できず、初期状態モデルの改善が求められる。
• 結果は、小スケール系における流体力学的記述の普遍性に疑問を呈し、長距離相関の起源が現在の有効理論では完全に捉えられていない可能性を示唆する。
• 観測された挙動（多重度低下に伴う流れの減少、ハードプローブ選択による変化なし）は、初期状態のフラクチュエーションと最終状態ダイナミクスの複雑な相互作用を示しており、現在のモデルでは完全に再現されていない。