[論文レビュー] Systematics of azimuthal asymmetries in heavy ion collisions in the 1 A GeV regime

FOPI Collaboration, W. Reisdorf+52 more|arXiv (Cornell University)|Dec 14, 2011

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 3被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、GSIのFOPI検出器を用いて、1 A GeVで25種の核体系における重イオン衝突における指向的および楕円的流れの体系的分析を実施した。その結果、硬い核状態方程式はデータと整合しないことが判明した一方で、非対称核物質における中性子の増強された反発が観測された。特に3Heや3Hのような質量3の核種において顕著であった。

ABSTRACT

Using the large acceptance apparatus FOPI, we study central and semi-central collisions in the reactions (energies in A GeV are given in parentheses): 40Ca+40Ca (0.4, 0.6, 0.8, 1.0, 1.5, 1.93), 58Ni+58Ni (0.15, 0.25, 0.4), 96Ru+96Ru (0.4, 1.0, 1.5), 96Zr+96Zr (0.4, 1.0, 1.5), 129Xe+CsI (0.15, 0.25, 0.4), 197Au+197Au (0.09, 0.12, 0.15, 0.25, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0, 1.2, 1.5). The observables include directed and elliptic flow. The data are compared to earlier data where possible and to transport model simulations. A stiff nuclear equation of state is found to be incompatible with the data. Evidence for extra-repulsion of neutrons in compressed asymmetric matter is found.

研究の動機と目的

• 1 A GeVにおける中心的および準中心的重イオン衝突における軽い荷電粒子の指向的および楕円的流れの包括的システムティクスを確立すること。
• 流れ観測量を用いて、圧縮された核物質における核状態方程式（EoS）およびスピン依存効果を調べること。
• 広範な体系およびエネルギー範囲において、輸送モデルと実験データの整合性をテストすること。
• 非対称核物質におけるスピン依存力、特に強化された中性子反発を調査すること。
• 複数の衝突体系およびエネルギーにおいて、流れデータとシミュレーションを比較することで、理論的モデルに対する厳密な制約を提供すること。

提案手法

• 0.09–1.93 A GeVの範囲で25種の重イオン体系における、識別された軽い荷電粒子（p, d, ³He, ³H）の指向的（$v_1$）および楕円的（$v_2$）流れを測定した。
• GSIに設置された大立体角スペクトロメータFOPIを用いて、高い効率および運動量分解能で粒子を検出した。
• 衝突パrameter（$b_0$）を用いた中心性選択とイベントごとの解析を実施し、流れ寄与を分離した。
• モンテカルロシミュレーションから導出した検出器固有の補正係数（$d_i$, $e_i$）を用いて、原始的な流れパラメータを補正した。
• 実験的流れデータと輸送モデルのシミュレーション（例：BUU, QMD）を比較し、EoSおよびスピン依存効果をテストした。
• 中間ラピディティ以降のEoS感度を評価するために、$v_2(y_0)$のラピディティ依存性を分析した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1 A GeV領域における異なる核体系およびビームエネルギーにおいて、軽い荷電粒子の指向的および楕円的流れはどのように変化するか？
• RQ2 流れデータは、圧縮核物質における核状態方程式の硬さにどのような制約を課すか？
• RQ3 非等スピン核物質における中性子の増強された反発の実験的証拠はあるか？
• RQ4 輸送モデルは、特に質量3の核種において観測された流れパターンをどれほどよく再現できるか？
• RQ5 楕円的流れのラピディティ依存性は、EoSおよびスピン依存効果に対する追加の感度を提供できるか？

主な発見

• 硬い核状態方程式は、すべての体系で観測された流れパターンを再現できないため、データによって排除された。
• 非対称核物質における中性子の追加的反発の証拠が得られた。特に3Heおよび3Hの$v_2(y_0)$挙動は、全ラピディティ範囲にわたり一貫した差を示した。
• 質量3の核種の指向的流れデータは、中性子の増強された反発と整合的であり、スピン依存力仮説を支持した。
• 3Heおよび3Hの$v_2(y_0)$の形状は、中性子-中性子反発が中性子-陽子または陽子-陽子相互作用よりも強いモデルで最もよく記述された。
• データは、1 A GeVにおける流れ観測量が、中程度の密度でもスピン効果に敏感であることを示しており、核の非圧縮性の新たなプローブを提供した。
• 流れ抽出のための補正係数を体系的に導出し、10の中心性チャンクにわたる$v_1$および$v_2$値の信頼性を向上させた。