[論文レビュー] Trying to understand the ridge effect in hydrodynamic model

Yogiro Hama, R. P. G. Andrade+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 4, 2009

Computational Physics and Python Applications被引用数 9

ひとこと要約

この論文は、初期条件の揺らぎを考慮した流体力学モデルを用いて、重イオン衝突におけるリッジ効果の起源を調査している。滑らかな背景に1本の高エネルギー密度チューブが存在する場合、対称的な方位角方向の流れ構造が生じ、2粒子相関関数において近接側リッジと2つの対称的な離反側ピークが生成されることを示している。これは、ジェット様相関を必要とせずしてリッジ現象を説明できるものである。

ABSTRACT

In a recent paper, the hydrodynamic code NeXSPheRIO was used in conjunction with STAR analysis methods to study two-particle correlations as function of Delta_eta and Delta_phi. Both the ridge-like near-side and the double-hump away-side structures were obtained. However, the mechanism of ridge production was not clear. In order to understand it, we study a simple model with only one high-energy density peripheral tube in a smooth cylindrical back-ground, with longitudinal boost invariance. The results are rather surprising, but the model does produce the triple-ridge structure with one high ridge plus two lower ones placed symmetrically with respect to the former one. The shape of this structure is rather stable in a wide range of parameters.

研究の動機と目的

• 重イオン衝突で観測された2粒子相関関数におけるリッジ効果のメカニズムを理解すること。
• 滑らかな背景に1本の高エネルギー密度チューブが実験で観測されたリッジ構造を再現できるかどうかを調査すること。
• 初期条件の揺らぎとバックグラウンド幾何学的形状が長距離相関を生成する役割を特定すること。
• 簡略化された2次元流体力学モデルにおけるリッジ構造の安定性とパラメータ依存性を分析すること。
• 滑らかな初期条件のもとで、なぜ近接側および離反側の両方のリッジが流体力学的シミュレーションで出現するのかを明確にすること。

提案手法

• 単一の高エネルギー密度チューブの影響を分離するために、縦方向のブースト不変性を仮定した簡略化された2次元流体力学モデルを用いた。
• 初期エネルギー密度は、滑らかなバックグラウンドと局所的なガウス型チューブの重ね合わせとしてモデル化された：$\epsilon = 12\exp[-.0004r^{5}] + \frac{34}{.845\pi}\exp[-\frac{|{\bf r}-{\bf r}_{0}|^{2}}{.845}]$。
• 初期横方向速度は、NeXuSが生成した揺らぎのある初期条件に基づき、$v_{T} = \tanh[4.57\exp(-27.2/r)]$ としてパラメータ化された。
• 2粒子相関関数は、チューブ位置を基準にした粒子発光パターンを追跡し、トリガー角度で平均化することで計算された。
• イベントごとのダイナミクスをシミュレートするために、滑らかな粒子流体力学コードであるNeXSPheRIOが使用された。
• チューブの高さ、半径、位置、バックグラウンド形状などのパラメータを系統的に変化させ、リッジ構造の頑健性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 滑らかな背景に1本の高エネルギー密度チューブが存在する場合、2粒子相関関数に三重リッジ構造を生成できるか？
• RQ2 揺らぎのある初期条件をもつ流体力学モデルにおいて、離反側リッジ構造の起源は何か？
• RQ3 チューブおよびバックグラウンドのパラメータの変化に対して、リッジ構造はどの程度安定しているか？
• RQ4 初期条件パラメータの変化にもかかわらず、なぜ相関関数の形状が頑健に保たれるのか？
• RQ5 バックグラウンド幾何学（例えば、ガウス型対比長尾型）がリッジ相関の強度にどのように影響するか？

主な発見

• 滑らかな背景に1本の高エネルギー密度チューブが存在すると、方位角方向に2つの対称的な流れの最大値が生じ、2粒子相関関数において近接側ピークと2つの対称的な離反側ピークが生成される。
• 得られた2粒子相関関数は、1つの主要な近接側リッジと2つの弱い対称的な離反側リッジからなる安定した三重リッジ構造を示す。
• 相関関数の形状は、チューブの高さ、半径、位置といったパラメータの広い範囲で頑健であるが、バックグラウンドの幾何学的形状に敏感である。
• ガウス型などの長尾型バックグラウンドでは、このメカニズムによって強いリッジ相関が得られないため、バックグラウンド形状が重要な要因であることが示された。
• 相関強度はチューブの高さと半径に強く依存するが、バックグラウンドエネルギー密度や初期横方向速度にはほとんど依存しない。
• モデルは、STARおよびPHENIXのデータトレンドと一致する、離反側構造の面内／面外モードの変調を効果的に再現した。