[논문 리뷰] Azimuthal anisotropies in p+Pb collisions from classical Yang-Mills dynamics

Björn Schenke, Sören Schlichting외 1명|arXiv (Cornell University)|2015. 02. 04.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 12

한 줄 요약

이 논문은 고전적 양-밀스(CYM) 시뮬레이션을 사용하여 p+Pb 충돌에서의 초기 상태 아兹마우탈 비대칭성을 연구하며, 충돌 직후 글루온이 색장 영역 내에서 임의의 이벤트 간 회전 대칭성의 붕괴로 인해 즉시 상당한 $v_2(p_T)$ 를 갖는 것으로 나타났다. 반면 $v_3(p_T)$ 는 $\tau \lesssim 0.4$ fm/c 이내에서 동적으로 생성된다. 이와 대조적으로, Pb+Pb 충돌에서는 더 많은 상관 없는 영역로 인해 초기 비대칭성이 훨씬 작으며, 이는 큰 시스템에서 최종 상태 효과가 지배적임을 시사한다.

ABSTRACT

We compute single and double inclusive gluon distributions in classical Yang-Mills simulations of proton-lead collisions and extract the associated transverse momentum dependent Fourier harmonics $v_2(p_T)$ and $v_3(p_T)$. Gluons have a large $v_2$ in the initial state, while odd harmonics such as $v_3$ vanish identically at the initial time $\ au=0^{+}$. By the time $\ au \\lesssim 0.4\\,{\ m fm/c}$ final state effects in the classical Yang-Mills evolution generate a non-zero $v_{3}$ and only mildly modify the gluon $v_{2}$. Unlike hydrodynamic flow, these momentum space anisotropies are uncorrelated with the global spatial anisotropy of the collision. A principal ingredient for the generation of $v_2$ and $v_3$ in this framework is the event-by-event breaking of rotational invariance in domains the size of the inverse of the saturation scale $Q_s$. In contrast to our findings in p+Pb collisions Yang-Mills simulations of lead-lead collisions generate much smaller values of $v_{2,3} (p_T)$ and additional collective flow effects are needed to explain experimental data. This is because the locally generated anisotropy due to the breaking of rotational invariance is depleted with the increase in the number of uncorrelated domains.

연구 동기 및 목표

• 최종 상태의 유체역학 모델을 넘어서 고다수의 p+Pb 충돌에서의 아즈마우탈 비대칭성 $v_2(p_T)$ 와 $v_3(p_T)$ 의 기원을 조사하기 위해.
• 특히 색장 내에서 임의의 이벤트 간 회전 대칭성의 붕괴로 인한 初기 상태 효과가 소형 시스템에서 운동량 공간 비대칭성을 유도할 수 있는지 판단하기 위해.
• CYM 시뮬레이션을 통해 글루온 분포를 분석함으로써 p+Pb와 Pb+Pb 충돌에서의 초기 상태 대비 최종 상태 역학의 상대적 중요성을 비교하기 위해.
• 관측된 리지 구조가 최종 상태의 집단 흐름을 도입하지 않고도 초기 상태 상관관계로 설명될 수 있는지 평가하기 위해.

제안 방법

• 고에너지에서의 양성자- lead 및 lead-lead 충돌의 초기 시기 역학을 시뮬레이션하기 위해 고전적 양-밀스(CYM) 방정식을 수치적으로 해결한다.
• 양성자와 핵은 고밀도, 고글루온 점유율 시스템으로 모델링되며, 초기 조건은 색 유리 농축체 프레임워크에서 유도된다.
• 단일 및 이중 포함 글루온 분포를 계산하여 횡방향 운동량에 의존적인 푸리에 조화분석 $v_2(p_T)$ 와 $v_3(p_T)$ 를 추출한다.
• 비평형 역학의 역할을 평가하기 위해 $\tau = 0^+$ 에서 $\tau \lesssim 0.4$ fm/c 까지 비대칭성의 진화를 추적한다.
• 다른 영향 매개변수에서 p+Pb와 Pb+Pb 충돌을 비교함으로써 공간 비대칭성과 영역 상관관계의 영향을 분석한다.
• 임의의 이벤트 간 회전 대칭성 붕괴의 역할을 정량화하기 위해 국소화된 색장 영역의 수와 상관관계를 검토한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 p+Pb 충돌에서의 초기 상태 역학이 최종 상태 집단 흐름 없이도 상당한 $v_2(p_T)$ 와 $v_3(p_T)$ 를 생성할 수 있는가?
• RQ2 데이터에서 관측된 $v_3(p_T)$ 가 유체역학적 흐름이 아닌 초기 비평형 양-밀스 역학으로 인해 생성된 정도는 어느 정도인가?
• RQ3 유사한 최종 상태 다중도를 가진 p+Pb 충돌에 비해 Pb+Pb 충돌에서 초기 상태 비대칭성이 훨씬 작은 이유는 무엇인가?
• RQ4 국소화된 색장 영역의 수와 상관관계가 다양한 충돌 시스템에서 $v_2$ 와 $v_3$ 의 크기에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• p+Pb 충돌에서 글루온은 $\tau = 0^+$ 에서 큰 初기 $v_2(p_T)$ 를 나타내며, 이는 $v_2$ 가 임의의 이벤트 간 회전 대칭성 붕괴로 인해 주로 초기 상태에서 생성됨을 시사한다.
• $v_3(p_T)$ 는 $\tau = 0^+$ 에서 정확히 0이지만, $\tau \lesssim 0.4$ fm/c 이내에서 비평형 양-밀스 역학으로 인해 상당히 증가하여 동적 기원을 시사한다.
• 초기 $v_2$ 와 $v_3$ 는 충돌의 전반적 공간 비대칭성과 상관이 없으며, 이는 이들이 유체역학적 흐름 비대칭성과 구별됨을 나타낸다.
• Pb+Pb 충돌에서는 더 많은 상관 없는 색장 영역로 인해 초기 $v_2$ 와 $v_3$ 가 p+Pb에 비해 훨씬 작으며, 이는 운동량 공간 비대칭성이 억제됨을 의미한다.
• p+Pb 충돌에서의 초기 상태 비대칭성은 소수의 상관 영역에 의해 지배되며, 반면 Pb+Pb에서는 상관 없는 영역의 수가 증가하여 글루온 스펙트럼이 거의 등방성에 가까워진다.
• 이 결과들은 p+Pb 충돌에서 초기 상태 효과가 무시할 수 없으며 이론 모델에 포함되어야 하며, $p_T \leq 2$ GeV 범위에서 Pb+Pb 충돌에서는 최종 상태 효과가 지배적임을 시사한다.