[論文レビュー] Ultracentral Collisions of Small and Deformed Systems at RHIC: ${U} {U}$, ${d} {Au}$, ${}^{9}{Be} {Au}$, ${}^{9}{Be} {}^{9}{Be}$, ${}^{3}{He} {}^{3}{He}$, and ${}^{3}{He} {Au}$ Collisions

Jacquelyn Noronha-Hostler, Noah Paladino+3 more|arXiv (Cornell University)|May 30, 2019

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 84被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、$^{238}$U、$^9$Be、$^3$He などの小規模で歪んだ核の超中央衝突を、流体力学的モデルとカラーレイノルズコンデンエート（CGC）モデルを用いて調査し、初期幾何構造に起因する集団的流れとグルーオン相関に起因する流れを区別する。歪みのある核では、楕円および三角形流れ調和成分の多重度依存性が顕著に変化し、特にCGCシナリオにおいて歪んだ系では $v_2\{2\}$ が多重度とともに増加する傾向を示す。これは、超中央衝突における流体力学的モデルとCGCモデルを区別するための重要な指標を提供する。

ABSTRACT

In this paper, we study a range of collision systems involving deformed ions and compare the elliptic and triangular flow harmonics produced in a hydrodynamics scenario versus a color glass condensate (CGC) scenario. For the hydrodynamics scenario, we generate initial conditions using TRENTO and work within a linear response approximation to obtain the final flow harmonics. For the CGC scenario, we use the explicit calculation of two-gluon correlations taken in the high-$p_T$ ``(semi)dilute-(semi)dilute'' regime to express the flow harmonics in terms of the density profile of the collision. We consider ultracentral collisions of deformed ions as a testbed for these comparisons because the difference between tip-on-tip and side-on-side collisions modifies the multiplicity dependence in both scenarios, even at zero impact parameter. We find significant qualitative differences in the multiplicity dependence obtained in the initial conditions+hydrodynamics scenario and the CGC scenario, allowing these collisions of deformed ions to be used as a powerful discriminator between models. We also find that sub-nucleonic fluctuations have a systematic effect on the elliptic and triangular flow harmonics which are most discriminating in $0-1\%$ ultracentral symmetric collisions of small deformed ions and in $0-10\%$ $\mathrm{d} {}^{197}\mathrm{Au}$ collisions. The collision systems we consider are ${}^{238}\mathrm{U} {}^{238}\mathrm{U}$, $\mathrm{d} {}^{197}\mathrm{Au}$, ${}^{9}\mathrm{Be} {}^{197}\mathrm{Au}$, ${}^{9}\mathrm{Be} {}^{9}\mathrm{Be}$, ${}^{3}\mathrm{He} {}^{3}\mathrm{He}$, and ${}^{3}\mathrm{He} {}^{197}\mathrm{Au}$.

研究の動機と目的

• 超中央衝突における歪んだイオンが、小スケール系における集団的流れの流体力学的記述とカラーレイノルズコンデンエート（CGC）記述を区別する感度の高いプローブとして機能するかを検証すること。
• 核の歪みと素核子スケールのフラクチュエーションが、流体力学的およびCGCフレームワーク下での流れ調和成分 $v_2\{2\}$ および $v_3\{2\}$ の多重度依存性に与える影響を検討すること。
• 2つのモデルの予測が最も顕著に食い違う衝突系および運動学的領域を特定し、実験的区別を可能にする。
• 初期条件の幾何構造、特に先端対先端衝突と側面対側面衝突の違いが、超中央イベントにおける流れ調和成分および多重度スケーリングに与える影響を分析すること。
• CGCで予測される $T_A T_B$ スケーリングが、大きな密度勾配と核の歪みを伴う現実的な衝突幾何構造では破られるかどうかを同定すること。

提案手法

• 流体力学的シナリオでは、TRENTOモデルを用いて初期状態をシミュレートし、最終状態の流れ調和成分を線形応答近似で計算する。
• CGCフレームワークを適用し、高 $p_T$ の「(準)希釈-(準)希釈」領域における2グルーオン相関を計算し、流れ調和成分を核密度プロファイルの関数として表現する。
• 異なる衝突系において、$T_A T_B$ と $\sqrt{T_A T_B}$ スケーリング仮定の下での $v_2\{2\}$ および $v_3\{2\}$ の多重度スケーリングを比較する。
• 楕円体的歪み（例：$^{238}$U）を有する滑らかな光学的グルーバー密度プロファイルを用いて核の幾何構造をモデル化し、比 $[v_2\{2\}]_{\text{tip}}/[v_2\{2\}]_{\text{side}}$ を計算することで、歪みの影響を定量化する。
• イベントごとの多重度フラクチュエーションと不規則な核密度プロファイルを導入し、素核子スケールの構造が現実的条件下でのスケーリングの安定性に与える影響を評価する。
• 対称衝突に加え、$^9$Be-Au や $^3$He-Au などの非対称系を用いて、中間スケールの歪み効果を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CGCフレームワーク下で、$^{238}$U-$^{238}$U 衝突における核の歪みが $v_2\{2\}$ および $v_3\{2\}$ の多重度依存性に与える影響は、流体力学的記述と比べてどのように変化するか？
• RQ2 核密度プロファイルにおける素核子スケールのフラクチュエーションが、CGCモデルにおける流れ調和成分の $T_A T_B$ スケーリングをどの程度平坦化または歪めてしまうか？
• RQ3 $^9$Be-$^9$Be や $^3$He-$^3$He などの衝突系では、流体力学的モデルとCGCモデルの流れ調和成分の多重度スケーリングに、どの程度の質的差が現れるか？
• RQ4 Ref. KovchegovとWertepny (2014) が予測するように、歪みによって $v_2\{2\}$ の多重度依存性が定数から増加に転じる現象が、$^{238}$U-$^{238}$U および $^9$Be-Au 衝突系で観測可能か？
• RQ5 超中央衝突における楕円流れの大きさと多重度の逆相関関係が、CGCモデルで再現可能か。また、流体力学的予測とはどのように異なるか？

主な発見

• CGCシナリオにおいて、$^{238}$U-$^{238}$U 衝突の $v_2\{2\}$ は核の歪みを含むと多重度とともに正の傾きを示し、滑らかで歪みのない系では成立する $T_A T_B$ スケーリングを破る。
• 滑らかな光学的グルーバー密度プロファイルの下では、歪みの影響により比 $[v_2\{2\}]_{\text{tip}}/[v_2\{2\}]_{\text{side}} \approx 1.26$ となり、CGCフレームワーク下で幾何的依存性が明確に観測される。
• $^9$Be-Au 衝突では、$T_A T_B$ に基づく $v_2\{2\}$ スケーリングにわずかな負の傾きが見られ、非対称で超中央な系では歪み効果の完全な顕在化が見られない。
• 素核子スケールのフラクチュエーションは、特に $0-1\%$ の超中央対称衝突における小規模で歪んだイオン系で、$v_2\{2\}$ および $v_3\{2\}$ のスケーリングを顕著に平坦化させる。
• $\mathrm{p}^{208}\mathrm{Pb}$ 衝突では滑らかなプロファイル下で $v_2\{2\}$ および $v_3\{2\}$ の $T_A T_B$ スケーリングは安定しているが、$^{208}\mathrm{Pb}$-$^{208}\mathrm{Pb}$ のような大きな密度勾配を伴う系では強く破られる。
• 流体力学的モデルとCGCモデルの区別に最も高い弁別力を持つのは、$0-1\%$ の超中央 $^3$He-$^3$He 衝突および $0-10\%$ の d-$^{197}$Au 衝突であり、これは素核子スケールのフラクチュエーションが流れ調和成分に与える系の影響による。