[論文レビュー] Pre-equilibrium evolution effects on heavy-ion collision observables

Jia Liu, Chun Shen+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 9, 2015

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 2被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、MC-KLNおよびMC-Glauber初期条件から得られる自由飛行部分粒子を粘性流体力学にマッチングすることで、相対論的重イオン衝突における非平衡初期ダイナミクスを調査した。その結果、流体力学的進化へのスイッチング時刻は初期条件に強く依存しており、MC-KLNは高い粘性（η/s ≈ 0.2）を示すが、早期のスイッチング（約0.13 fm/c）を好むのに対し、MC-Glauberは低い粘性（η/s ≈ 0.16）を示すが、遅いスイッチング（約0.6 fm/c）を好むことが分かった。このように、初期非平衡効果を考慮したモデルは、早期熱平衡を仮定するモデルと比較して、横運動量および流れの観測量のフィットを著しく改善する。

ABSTRACT

In order to investigate the importance of pre-equilibrium dynamics on relativistic heavy-ion collision observables, we match a highly non-equilibrium early evolution stage, modeled by free-streaming partons generated from the Monte Carlo Kharzeev-Levin-Nardi (MC-KLN) and Monte Carlo Glauber (MC-Glb) models, to a locally approximately thermalized later evolution stage described by viscous hydrodynamics, and study the dependence of final hadronic transverse momentum distributions, in particular their underlying radial and anisotropic flows, on the switching time between these stages. Performing a 3-parameter fit of the measured values for the average transverse momenta $\langle p_\perp angle$ for pions, kaons and protons as well as the elliptic and triangular flows of charged hadrons $v_{2,3}^\mathrm{ch}$, with the switching time $ au_s$, the specific shear viscosity $\eta/s$ during the hydrodynamic stage, and the kinetic decoupling temperature $T_\mathrm{dec}$ as free parameters, we find that the preferred times $ au_s$ depend strongly on the model of the initial conditions. MC-KLN initial conditions require an earlier transition to hydrodynamic behavior (at $ au_s \approx$ 0.13 fm/$c$) , followed by hydrodynamic evolution with a larger specific shear viscosity $\eta/s\approx$ 0.2, than MC-Glb initial conditions which prefer switching at a later time ($ au_s\approx$ 0.6 fm/$c$) followed by a less viscous hydrodynamic evolution with $\eta/s\approx$ 0.16. These new results including pre-equilibrium evolution are compared to fits without a pre-equilbrium stage where all dynamic evolution before the onset of hydrodynamic behavior is ignored. In each case, the quality of the dynamical descriptions for the optimized parameter sets, as well as the observables which show the strongest constraining power for the thermalization time, are discussed.

研究の動機と目的

• 相対論的重イオン衝突における初期非平衡ダイナミクスが最終状態の観測量に与える影響を評価すること。
• 自由飛行から流体力学的進化へのスイッチング時刻が横運動量および流れ分布に与える影響を特定すること。
• π中間子、K中間子、陽子の横運動量およびチャージドハドロンの楕円および三角形流れに関する実験データを再現する能力について、MC-KLNおよびMC-Glauber初期条件を比較すること。
• 初期非平衡進化を含めることで、即時の熱平衡を仮定するモデルと比較してフィット品質が向上するかどうかを評価すること。

提案手法

• モンテカルロ・カルツェーヴ＝レヴィン＝ナリ（MC-KLN）およびモンテカルロ・グローバー（MC-Glb）初期条件モデルから生成された自由飛行部分粒子を用いて、初期の非平衡状態をモデル化する。
• 局所的熱平衡を仮定して、自由飛行段階を後に続く粘性流体力学的進化段階にマッチングする。
• スイッチング時刻 τ_s、比剪切粘性係数 η/s、および運動的脱結合温度 T_dec の3パラメータのフィットを用いて、π中間子、K中間子、陽子の⟨p⊥⟩およびチャージドハドロンのv2,3chの実験データを記述する。
• 初期非平衡進化を含むモデルと含まないモデルを比較し、初期ダイナミクスの重要性を評価する。
• 重イオン衝突における測定済みの横運動量および異方的流れデータとの比較を通じて、パラメータを最適化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 初期非平衡ダイナミクスの取り入れが、最終状態の横運動量および異方的流れ観測量の記述に与える影響は何か？
• RQ2 MC-KLNおよびMC-Glauber初期条件において、自由飛行から流体力学的進化への最適なスイッチング時刻 τ_s は何か？
• RQ3 初期非平衡効果を含めた場合、2つの初期条件モデル間で抽出された η/s および T_dec の値はどのように異なるか？
• RQ4 初期非平衡進化が存在する状況で、どの観測量が熱平衡時刻 τ_s を制約するのに最も強い力を発揮するか？

主な発見

• MC-KLN初期条件モデルでは、最良のフィット品質を得るためには、τ_s ≈ 0.13 fm/c の早期の流体力学的進化への移行が必要である。
• MC-Glauber初期条件モデルでは、τ_s ≈ 0.6 fm/c の遅いスイッチング時刻が好まれており、これはより長い初期非平衡期を示唆している。
• 比剪切粘性係数 η/s は、MC-KLNの場合（約0.2）がMC-Glauberの場合（約0.16）よりも高いことが分かった。これは、流体力学的段階における粘性度が異なることを示している。
• 初期非平衡進化を含めることで、横運動量および流れ観測量のフィット品質が、初期非平衡効果を無視するモデルと比較して著しく向上する。
• チャージドハドロンの楕円および三角形流れ v2,3ch は、熱平衡時刻 τ_s を特定する上で、最も強い制約を発揮する。