[論文レビュー] Recent experimental results from the relativistic heavy-ion collisions at LHC and RHIC

I. Selyuzhenkov|arXiv (Cornell University)|Sep 8, 2011

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 9被引用数 9

ひとこと要約

本稿は、LHCおよびRHICにおける相対論的重イオン衝突からの最近の実験的結果をレビューし、Pb–PbおよびAu–Au衝突で生成されたクォーク- gluonプラズマ（QGP）の性質に焦点を当てる。多重度、流れ、HBT相関、ハードプローブを用いて、LHCエネルギーにおけるQGPが極めて高いエネルギー密度（約2 TeV/ラピディティ）を示し、強い径方向流れ（光速の60％まで）、顕著な粒子抑制を示すことが示された。一方、ビームエネルギースキャンのデータは、核子あたり7–20 GeVの領域にQCD臨界点が存在する可能性を示唆している。

ABSTRACT

A new era has started in the field of relativistic heavy-ion physics with lead beams delivered by the Large Hadron Collider (LHC) in November 2010. In this proceedings I highlight the main results from experimental measurements with Pb-Pb collisions at the incident energy of 2.76 TeV/nucleon recorded by the LHC experiments. Recent experimental developments from the Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) at the GeV incident energy scale are also discussed. All together LHC and RHIC measurements provide new insights on the properties and features of the new hot and dense form of matter created in the course of the relativistic heavy-ion collision.

研究の動機と目的

• 2.76 TeV/核子のLHC初回重イオン運転における主要な実験的結果と、最近のRHICデータを要約すること。
• 相対論的重イオン衝突で生成されたクォーク-グルーオンプラズマ（QGP）の性質を調査すること、特にエネルギー密度、流れ、熱平衡化の性質を含む。
• 集団的挙動、ジェットクエンチングおよびアニュラス型流れを通じた一部粒子の媒体効果、およびネットプロトン数の高次モーメントを通じたQCD臨界点の可能性を調べること。
• キラル磁気効果を介して、強い相互作用における局所的パリティ違反のプローブを探索すること。
• エネルギーおよび実験間の結果を比較することで、QGPの状態方程式およびQCD相図を制約すること。

提案手法

• ALICE、ATLAS、CMSが得たPb–Pb衝突（√sNN = 2.76 TeV）における励起状態の荷電粒子多重度およびスペクトルの分析。
• 同一のパイオンのハンブリー・ブラウン＝トゥイス（Hanbury-Brown-Twiss）相関を用いて、2粒子運動量相関から凍結体積および脱結合時刻を抽出する。
• ブレストウェーブモデルによる識別粒子スペクトルのフィッティングにより、運動的凍結温度（Tfo）および径方向流れ速度（⟨βt⟩）を抽出する。
• 高運動量粒子（高-pT）の核修飾因子（RAA）の測定を通じて、ジェットクエンチングおよび媒体に起因するエネルギー損失を調べる。
• ネットプロトン数分布の高次積算モーメント（歪度S、尖度κ）の分析により、QCD臨界点に近いかどうかを調べる。
• 反応平面に対する電荷依存のアゼイムタス相関の調査を通じて、キラル磁気効果を介した局所的パリティ違反の兆候を探索する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2.76 TeV/核子のPb–Pb衝突で生成されたクォーク-グルーオンプラズマの主な特徴は、多重度、流れ、HBT測定からどのように明らかになるか？
• RQ2 QGPにおけるエネルギー密度および粒子生成は衝突エネルギーにどのように依存するか？これは初期状態および熱平衡化にどのような含意をもたらすか？
• RQ3 RHICのビームエネルギースキャン計画において、ネットプロトン数のフラクチュエーションに基づいてQCD臨界点の証拠は存在するか？
• RQ4 RHICおよびLHCにおける電荷依存のアゼイムタス相関は、強い相互作用における局所的パリティ違反をどの程度示唆しているか？
• RQ5 RHICとLHCのエネルギー間で、QGPにおける集団的挙動および一部粒子の媒体効果はどのように異なるか？

主な発見

• 中心的Pb–Pb衝突における荷電粒子多重度密度は、2.76 TeV/核子でdNch/dη ≈ 1600に達し、トップRHICエネルギーの2.15倍にのぼる。
• LHCにおける中心的Pb–Pb衝突のエネルギー密度は、ラピディティ単位あたり約2 TeVと推定され、RHIC比で2.5〜3倍の増加を示す。
• QGPにおける径方向流れ速度は光速の約60％に達し、運動的凍結温度は80 MeVに低下しており、強い集団的挙動を示唆する。
• HBT同調性体積は衝突エネルギーに伴い増加し、脱結合時刻は約10 fm/cと特定され、長寿命のフレイムボールと整合的である。
• 39 GeV/核子未満のエネルギーで、ネットプロトン数の高次モーメントはハドロンガス共鳴子モデルからずれる傾向を示し、QCD臨界点に近いかどうかの可能性を示唆する。
• 電荷依存のアゼイムタス相関は、高エネルギー（200 GeV）で局所的パリティ違反の信号と整合的であるが、7.7–11.5 GeVでは信号が弱まり、顕著なバックグラウンド寄与が解釈を複雑にする。