[論文レビュー] Study of Particle Ratio Fluctuations and Charge Balance Functions at RHIC

Hui Wang|arXiv (Cornell University)|Apr 7, 2013

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 3被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、RHICにおける7.7〜200 GeVのビームエネルギー範囲でSTAR検出器のデータを用いて、重イオン衝突における粒子比のフラクチュエーションおよび電荷バランス関数を調査した。バランス関数の幅は、中央度が高くなるにつれて狭くなり、これは遅延したハドロン化または限界的な拡散を示唆している。一方、反応面に依存する解析により、局所的電荷保存則と流れが、方位角相関を説明しており、パリティの破れは主因ではないことが確認された。

ABSTRACT

The study of correlations between opposite-sign charge pairs and particle-ratio fluctuations can provide a powerful tool to probe the properties of the quark-gluon plasma (QGP). It has been suggested that the existence of a QCD phase transition would cause an increase and divergence of fluctuations. Thus the event-by-event particle-ratio fluctuations could be used to study strangeness and baryon number fluctuations near the critical point in the QCD phase diagram. On the other hand, the study of the balance function can provide information about charge creation time as well as the subsequent collective behavior of particles. For fluctuations we present dynamical $K/π$, $p/π$, and $K/p$ ratio fluctuations from Au+Au collisions at $\sqrt{s_{ m NN}}$ = 7.7 to 200 GeV at the Relativistic Heavy Ion Collider using the STAR detector. Charge dependent results as well as multiplicity scaling properties of these fluctuation results are discussed. The STAR data are compared to different theoretical model predictions and previous experimental measurements. For balance functions we present results for charged particle pairs, identified charged pion pairs, and identified charged kaon pairs in Au+Au, $d$+Au, and $p+p$ collisions at $\sqrt{s_{ m NN}}$ = 200 GeV. These balance functions are presented in terms of relative pseudorapidity, $Δη$, relative rapidity, $Δy$, relative azimuthal angle, $Δϕ$, and invariant relative momentum, $q_{ m inv}$. In addition, balance functions are shown in terms of the three components of $q_{ m inv}$: $q_{ m long}$, $q_{ m out}$, and $q_{ m side}$. Beam energy and reaction-plane-dependent balance functions are also discussed in this paper.

研究の動機と目的

• クォーク- gluonプラズマ（QGP）の相転移を探るため、K/π、p/π、K/pなどの粒子比におけるイベントごとのフラクチュエーションを研究すること。
• さまざまな衝突系（Au+Au、d+Au、p+p）における電荷バランス関数を用いて、電荷生成のメカニズムと相対的拡散を調査すること。
• バランス関数がビームエネルギー、中央度、反応面の向きにどのように依存するかを調べ、QGPのダイナミクスおよびハドロン化のタイミングを制約すること。
• 局所的電荷保存則と流れを組み込んだ理論的モデル（UrQMD、HIJING、熱的ブレースト・ウェーブモデル）と実験結果を比較すること。
• 径方向流れと運動的凍結温度が、さまざまな衝突系およびエネルギーにおけるバランス関数の幅に与える影響を評価すること。

提案手法

• STAR検出器を用いて、√sNN = 7.7–200 GeVのAu+Au衝突において、K/π、p/π、K/p比の動的フラクチュエーションを測定した。
• 相対的虚数的密度（Δη）、迅速度（Δy）、方位角角（Δφ）、および不変運動量（qinv）を変数として、電荷バランス関数を分析し、qlong、qout、qside成分に分解した。
• 中央度および反応面に依存する解析を実施し、流れや相関効果を抽出し、三粒子相関測定結果と比較した。
• 実験間でのバランス関数幅の比較に用いるために、受容性の影響を補正するための正規化幅パラメータWを適用した。
• 局所的電荷保存則と楕円流れを組み込んだ熱的ブレースト・ウェーブモデルを用いて、方位角相関をシミュレート・解釈した。
• カリウムバランス関数におけるφ中間子の崩壊を除去することで、主生成効果を分離し、結果の妥当性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ビームエネルギーおよび中央度に応じて、粒子比のフラクチュエーション（K/π、p/π、K/p）はどのように変化し、これはQCD臨界点付近での奇抜性およびバリオン数フラクチュエーションをどのように示唆するか？
• RQ2 バランス関数の幅は、衝突中央度、系のサイズ、ビームエネルギーにどのように依存するか。これは、電荷生成およびハドロン化のタイミングにどのような示唆を与えるか？
• RQ3 径方向流れや集団的運動は、Δη、Δy、qinvなどのさまざまな運動量変数におけるバランス関数の形状にどの程度影響を及えるか？
• RQ4 同符号および異符号電荷ペアにおける観測された方位角相関は、局所的電荷保存則と流れによって説明可能か。それとも、局所的パリティの破れのような新しい物理現象を示唆するか？
• RQ5 UrQMD、HIJING、熱的ブレースト・ウェーブモデルなどのモデル予測は、さまざまな衝突系およびエネルギーにおける実験的バランス関数データとどの程度一致するか？

主な発見

• √sNN = 200 GeVの中央部Au+Au衝突において、Δηにおけるバランス関数の幅は中央度が高くなるにつれて狭まり、遅延したハドロン化または限界的な拡散と整合的である。
• パイオングループおよびカリウムグループの両方において、qinvにおけるバランス関数の幅は中央度が高くなるにつれて減少し、運動的凍結温度の低下と相関している可能性を示唆している。
• 電荷を帯びたパイオンに関しては、qoutおよびqside成分の幅が中央衝突で減少しており、凍結時に空間的相関が強まっていることを示している。
• Δyにおける電荷を帯びたカリウムのバランス関数は中央度依存性がほとんどなく、これは奇抜性が衝突初期に生成され、後期のハドロン化段階で生成されないことを示唆している。
• 受容性カットを一致させた場合、STARとNA49の間で正規化幅パラメータWに良好な一致が得られたが、初期の受容性依存性は依然として存在した。
• 反応面に依存するバランス関数は、同符号および異符号間の方位角相関に同一の差を示し、局所的電荷保存則と流れを組み込んだ熱的モデルがデータを再現した。これにより、局所的パリティの破れは主因ではないと結論づけられた。