[논문 리뷰] AdS/CFT predictions for azimuthal and momentum correlations of $b\bar{b}$ pairs in heavy ion collisions

R. Hambrock, W. A. Horowitz|arXiv (Cornell University)|2017. 03. 16.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 2인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 열적 변동에 민감한 AdS/CFT 기반 에너지 손실 모델을 사용하여 $\sqrt{s} = 2.76$ TeV에서의 Pb+Pb 충돌에서 $b\bar{b}$ 쌍의 조각 및 운동량 상관관계를 계산한다. 강한 결합 플라즈마는 약한 결합 플라즈마보다 운동량 상관관계를 더 효과적으로 유지하며, 강한 결합 케이스에서는 저전이운동량($1-4$ GeV) $b\bar{b}$ 쌍의 수율이 10배 높다. 이는 강한 결합 매질에서 내재된 운동량 상관관계 유지가 더 뛰어나다는 것을 시사한다.

ABSTRACT

We use an energy loss model sensitive to thermal fluctuations to compute the azimuthal and momentum correlations of $b\bar{b}$ pairs traversing a strongly coupled plasma from Pb+Pb collisions at LHC ($\sqrt{s}=2.76 ext{TeV}$). The azimuthal correlations are compared with those from perturbative QCD based simulations. When restricted to leading order production processes, we find that the strongly coupled correlations of high transverse momentum pairs ($>4 ext{GeV}$) are broadened less efficiently than the corresponding weak coupling based correlations, while low transverse momentum pairs (1-4GeV) are broadened with similar efficiency, but with an order of magnitude more particles ending up in this momentum class. The strong coupling momentum correlations we compute account for initial correlations and reveal that the particle pairs suppressed from initially high momenta to the low momentum domain do not suffice to explain the stark difference to the weak coupling results in momentum correlations for 1-4GeV. From this, we conclude that $b\bar{b}$ pairs are more likely to stay correlated in momentum when propagating through a strongly coupled plasma than a weakly coupled one.

연구 동기 및 목표

• 강한 결합(AdS/CFT)과 약한 결합(pQCD)의 쿼크-글루온 플라즈마 모델 간에 $b\bar{b}$ 쌍의 운동량 및 조각 상관관계가 어떻게 다른지 조사하기 위해.
• 운동량 상관관계가 중성자-중성자 충돌에서 약한 결합과 강한 결합 플라즈마 영역을 구분하는 차별 관측 가능성을 갖는지 확인하기 위해.
• 초기 운동량 상관관계와 열적 변동이 강한 결합 매질에서 최종 상태의 $b\bar{b}$ 쌍 분포를 어떻게 형성하는지 평가하기 위해.
• 관측된 저-$p_T$ 상관관계의 차이가 두 프레임워크에서의 이질적인 에너지 손실 역학 때문인지, 초기 상태 효과 때문인지 평가하기 위해.

제안 방법

• 열적 변동을 비모노트닉 상관 함수를 통해 포함한 AdS/CFT 기반 랑주뱅 에너지 손실 모델을 사용하여, 확산 항과 확률적 운동량 킥을 도입하였다.
• 강한 결합의 다양한 영역을 조사하기 위해 두 가지 't Hooft 결합 상수 값($\lambda = 5.5$ 및 $\lambda \approx 11.3$)을 사용하였으며, $T$와 $\lambda$를 등가로, 또는 에너지 밀도와 $\lambda$를 등가로 설정하였다.
• FONLL(최소 순서) 및 aMC@NLO(다음 최소 순서)를 사용하여 $b\bar{b}$ 쌍 생성을 시뮬레이션하였고, Herwig++를 사용해 파arton 샤워링 및 Glauber 이중 스케일링을 통해 초기 공간 분포를 설정하였다.
• 마찰 항과 변동 항을 통해 플라즈마 내에서의 운동량 진화를 추적하였으며, $\mu \propto \sqrt{\lambda}T^2/M_Q$ 및 $\kappa_T \propto \sqrt{\lambda}T^3$로 설정하여 비백색 잡음 상관관계를 모델링하였다.
• 조각($dN/d\phi$) 및 운동량($dN/d\Delta p_T$) 상관관계를 $p_T$ 구간 간 비교하였으며, 억제 효과를 분리하기 위해 초기 운동량 클래스 추적을 포함하였다.
• 일致성을 확보하기 위해 이전 pQCD 연구와 동일한 중심도($40-60\%$) 및 $p_T$ 범위로 비교를 제한하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 강한 결합 플라즈마에서의 $b\bar{b}$ 조각 상관관계는 $\sqrt{s} = 2.76$ TeV에서의 약한 결합 플라즈마와 정량적으로 어떻게 비교되는가?
• RQ2 초기 운동량 상관관계가 강한 결합과 약한 결합 모델 간의 최종 운동량 분포 차이에 얼마나 기여하는가?
• RQ3 AdS/CFT 모델에서 저전이운동량($1-4$ GeV) $b\bar{b}$ 쌍의 수율이 pQCD 기반 시뮬레이션보다 약 10배 높은 이유는 무엇인가?
• RQ4 약한 결합 플라즈마에서 고-$p_T$ 쌍의 더 강한 억제가 관측된 운동량 상관관계의 격차를 설명하는가, 아니면 더 강한 운동량 변동 때문인가?
• RQ5 운동량 상관관계는 약한 결합과 강한 결합 쿼크-글루온 플라즈마 모델을 구분하는 데 있어 신뢰할 수 있는 판별 기준이 될 수 있는가?

주요 결과

• $p_T > 4$ GeV 범위에서, AdS/CFT 모델의 조각 상관관계는 pQCD 기반 시뮬레이션보다 더 효율적으로 넓어지지 않으며, 이는 강한 결합 케이스에서 각도 분해가 덜 발생한다는 것을 시사한다.
• $1-4$ GeV $p_T$ 범위에서, AdS/CFT 모델의 운동량 상관관계는 pQCD와 비슷한 효율로 넓어지지만, 이 범위에 도달하는 입자 수가 약 10배 많다.
• 초기 운동량 상관관계만으로는 관측된 약 10배의 저-$p_T$ 수율 차이를 설명할 수 없으며, 이는 강한 결합 모델이 운동량 상관관계를 더 효과적으로 유지한다는 것을 의미한다.
• 자료는 $b\bar{b}$ 쌍이 강한 결합 플라즈마를 통과할 때 약한 결합 플라즈마보다 운동량 상관관계를 더 잘 유지할 가능성이 높다는 것을 시사한다.
• $[1-4]$ GeV 운동량 상관관계는 $\alpha_s = 0.3$ AdS/CFT 모델에서는 거의 완전히 사라지지만, $\lambda = 5.5$ 모델은 여전히 중요한 구조를 유지하며, 이는 결합 매개변수에 민감함을 나타낸다.
• 결과는 약한 결합 플라즈마에서 운동량 변동이 더 강력하여, 더 큰 분해와 함께 저-$p_T$ 쌍이 더 높은 $p_T$ 범위로 효율적으로 상향 산란된다는 것을 시사한다.