[論文レビュー] Search for the Chiral Magnetic Effect with charge-dependent azimuthal correlations in Xe-Xe collisions at $\sqrt{s_{\mathrm{NN}}} = 5.44$ TeV

Acharya, Shreyasi, Adamova, Dagmar+1035 more|arXiv (Cornell University)|Oct 27, 2022

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 74被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、√sNN = 5.44 TeV の Xe–Xe 衝突におけるキラル磁気効果（CME）を、電荷依存性アゼイムス相関を用いて調査した。三粒子相関関数 γαβ を異なる電荷組み合わせについて分析した結果、CME の顕著な信号は検出されず、中心的 Xe–Xe 衝突において CME の寄与は 95% 確信区間で ≤2% に制限された。これは、支配的な非 CME 背景寄与を示している。

ABSTRACT

Charge-dependent two- and three-particle correlations measured in Xe–Xe collisions at $\sqrt{s_{NN}}=5.44$ TeV are presented. Results are obtained for charged particles in the pseudorapidity range |η|<0.8 and transverse momentum interval $0.2≤p_T<5.0$ GeV/c for different collision centralities. The three-particle correlator γαβ ≡ $\langle$cos⁡(φα+φβ−2Ψ$_2$)$ angle$, calculated for different combinations of charge sign α and β, is expected to be sensitive to the presence of the Chiral Magnetic Effect (CME). Its magnitude is similar to the one observed in Pb–Pb collisions in contrast to a smaller CME signal in Xe–Xe collisions than in Pb–Pb collisions predicted by Monte Carlo (MC) calculations including a magnetic field induced by the spectator protons. These observations point to a large non-CME contribution to the correlator. Furthermore, the charge dependence of $γαβ$ can be described by a blast wave model calculation that incorporates background effects and by the Anomalous Viscous Fluid Dynamics model with values of the CME signal consistent with zero. The Xe–Xe and Pb–Pb results are combined with the expected CME signal dependence on the system size from the MC calculations including a magnetic field to obtain the fraction of CME contribution in $γαβ, f_{CME}$. The CME fraction is compatible with zero for the 30% most central events in both systems and then becomes positive. This yields an upper limit of 2% (3%) and 25% (32%) at 95% (99.7%) confidence level for the CME signal contribution to γαβ in the 0–70% Xe–Xe and Pb–Pb collisions, respectively.

研究の動機と目的

• √sNN = 5.44 TeV の Xe–Xe 衝突におけるキラル磁気効果（CME）の探索を目的とする。
• 流れに起因する相関などの背景寄与から CME の信号を分離することを目的とする。
• Xe–Xe 衝突における CME の信号強度を Pb–Pb 衝突と比較し、系サイズ依存性を評価することを目的とする。
• 統合されたデータとモンテカルロ シミュレーションを用いて、三粒子相関関数 γαβ における CME 寄与の割合を定量化することを目的とする。

提案手法

• |η| < 0.8 および 0.2 ≤ pT < 5.0 GeV/c の領域で、電荷依存性三粒子アゼイムス相関関数 γαβ ≡ ⟨cos(ϕα + ϕβ − 2Ψ2)⟩ を測定する。
• 反応面をプロキシとして第二調和の対称性平面角度 Ψ2 を用い、CME 敏銳な相関を抽出する。
• 電荷組み合わせ（++、+−、−−）ごとの実験的 γαβ 値を比較し、電荷依存性信号を特定する。
• バースト波および異常な粘性流体力学モデルを用いて背景寄与を記述する。
• Xe–Xe および Pb–Pb のデータをモンテカルロ計算（磁場効果を含む）と組み合わせ、CME 分数 fCME を抽出する。
• 統計的手法を用いて、95% および 99.7% 確信区間における fCME の上限を設定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 5.44 TeV の Xe–Xe 衝突において、キラル磁気効果の測定可能な信号は存在するか？
• RQ2 Xe–Xe 衝突における CME の信号は、より高いエネルギーの Pb–Pb 衝突におけるものと比べてどのように異なるか？
• RQ3 流れや局所的電荷保存などの背景効果が、観測された γαβ にどの程度寄与しているか？
• RQ4 CME の信号が存在しないモデルで、電荷依存性 γαβ 相関関数は説明可能か？
• RQ5 中心的および外縁的 Xe–Xe 衝突において、γαβ における CME 寄与の割合の上限は何か？

主な発見

• Xe–Xe 衝突における三粒子相関関数 γαβ の大きさは、2.76 TeV の Pb–Pb 衝突で観測されたものと類似している。
• 観測された γαβ の電荷依存性は、バースト波および異常な粘性流体力学モデルを含む背景効果を組み込んだモデルでよく説明できる。
• 30% の中心的 Xe–Xe イベントにおいて、CME 分数 fCME はゼロと整合的である。
• 中心的 Xe–Xe 衝突において、γαβ への CME 寄与の上限は 95% 確信区間で 2%、99.7% 確信区間で 3% である。
• 0–70% の中心性範囲において、Pb–Pb 衝突の fCME の上限は 95% 確信区間で 25%、99.7% 確信区間で 32% である。
• 結果から、相関関数への大きな非 CME 寄与が存在することが示され、背景効果が CME の信号を上回ることが示唆されている。