[논문 리뷰] Directed and elliptic flow in heavy ion collisions at GSI-FAIR and CERN-SPS

Hannah Petersen, Qingfeng Li외 2명|arXiv (Cornell University)|2006. 08. 17.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 CERN-SPS에서 Pb+Pb 충돌에서의 유도된($v_1$) 및 타원($v_2$) 흐름을 UrQMD 운동역학 모델을 사용하여 분석하며, 다양한 비틀림 에너지와 중심도에서 NA49 실험 데이터와 비교한다. 연구 결과, 10A GeV 이하에서는 핵력 잠재력이 필수적이며, 40A GeV 이상에서는 UrQMD 모델이 $v_2$를 과소평가하고 '역류'—프로톤 $v_1$의 음의 속도 기울기—를 재현하지 못함을 확인하여, 약 40A GeV 근처에서 양성자-구름 플라즈마 상전이가 일어날 가능성을 시사한다.

ABSTRACT

Recent data from the NA49 experiment on directed and elliptic flow for Pb+Pb reactions at CERN-SPS are compared to calculations with a hadron-string transport model, the Ultra-relativistic Quantum Molecular Dynamics (UrQMD) model. The rapidity and transverse momentum dependence of the directed and elliptic flow, i.e. $v_1$ and $v_2$, are investigated. The flow results are compared to data at three different centrality bins. Generally, a reasonable agreement between the data and the calculations is found. Furthermore, the energy excitation functions of $v_1$ and $v_2$ from $E_{\ m beam}=90A$ MeV to $E_{\ m cm}=200A$ GeV are explored within the UrQMD framework and discussed in the context of the available data. It is found that, in the energy regime below $E_{\ m beam}\\leq 10A$ GeV, the inclusion of nuclear potentials is necessary to describe the data. Above $40A$ GeV beam energy, the UrQMD model starts to underestimate the elliptic flow. Around the same energy the slope of the rapidity spectra of the proton directed flow develops negative values. This effect is known as the third flow component ("antiflow") and cannot be reproduced by the transport model. These differences can possibly be explained by assuming a phase transition from hadron gas to quark gluon plasma at about $40A$ GeV.

연구 동기 및 목표

• SPS 에너지에서의 무거운 이온 충돌에서 유도 및 타원 흐름의 에너지 및 중심도 의존성을 이해하기 위해.
• UrQMD 운동역학 모델이 넓은 에너지 범위에서 $v_1$과 $v_2$를 기술하는 데 있어 예측 능력을 시험하기 위해.
• 모델 예측과 실험 데이터 사이의 격차를 확인하여 양성자-구름 플라즈마 상전이 신호를 찾기 위해.
• 저에너지 흐름 데이터를 재현하는 데 있어 핵력 잠재력의 역할을 규명하기 위해.

제안 방법

• 90A MeV에서 200A GeV까지의 비틀림 에너지에서 Pb+Pb 충돌을 시뮬레이션하기 위해 초상대론적 양자 분자역학(UrQMD) 운동역학 모델을 사용한다.
• 세 가지 중심도 범주에서 시뮬레이션된 $v_1$ 및 $v_2$ 값을 NA49 실험 데이터와 비교한다.
• 모델 성능을 평가하기 위해 $v_1$ 및 $v_2$의 속도 및 횡방향 운동량 의존성을 분석한다.
• 모델 예측에서의 이격을 식별하기 위해 $v_1$ 및 $v_2$의 에너지 흥 excitiation 함수를 분석한다.
• 저비틀림 에너지에서 UrQMD에 핵력 잠재력을 포함시키는 영향을 평가한다.
• 프로톤 $v_1$에서 음의 속도 기울기의 출현을 '역류'의 징후로 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 UrQMD 모델은 SPS 에너지에서 다양한 중심도에서 Pb+Pb 충돌의 유도 및 타원 흐름을 얼마나 잘 기술하는가?
• RQ2 10A GeV 이하의 비틀림 에너지에서 흐름 관측량을 정확히 모델링하는 데 있어 핵력 잠재력의 역할은 무엇인가?
• RQ3 UrQMD 모델이 타원 흐름($v_2$)을 체계적으로 과소평가하기 시작하는 비틀림 에너지는 얼마인가?
• RQ4 약 40A GeV 이상에서 프로톤 유도 흐름의 속도 스펙트럼이 음의 기울기를 가지게 되는 이유는 무엇이며, 이는 UrQMD 모델로 설명될 수 있는가?
• RQ5 40A GeV 근처에서 관측된 흐름 행동의 격차는 양성자-구름 플라즈마 상전이를 시사할 수 있는가?

주요 결과

• 10A GeV 이상의 비틀림 에너지에서 UrQMD는 $v_1$ 및 $v_2$ 데이터를 중앙 중심도에서 잘 재현한다.
• 10A GeV 이하의 비틀림 에너지에서 UrQMD에 핵력 잠재력을 포함시키는 것이 실험적 흐름 데이터를 기술하는 데 필수적이다.
• 40A GeV 이상의 비틀림 에너지에서 UrQMD 모델은 측정된 타원 흐름($v_2$)을 체계적으로 과소평가하기 시작한다.
• 40A GeV 이상에서 프로톤 유도 흐름($v_1$)의 속도 스펙트럼에 음의 기울기가 나타나 '역류'가 존재함을 시사한다.
• UrQMD 운동역학 모델은 역류 효과를 재현하지 못하여, 이 에너지에서 강입자 기반 기술의 붕괴를 시사한다.
• 40A GeV 근처에서 관측된 이격은 양성자-구름 기체에서 양성자-구름 플라즈마 상전이의 가능성을 시사하는 증거로 해석된다.