[논문 리뷰] Effect of thermal shear on longitudinal spin polarization in a thermal model

Wojciech Florkowski, Avdhesh Kumar외 2명|arXiv (Cornell University)|2021. 12. 06.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 RHIC 에너지에서 단일 동결점 열역학 모델 내에서 Λ 하이퍼온의 縦방향 스핀 균형에 열적 비틀림이 미치는 역할을 조사한다. 최근 도입된 열적 비틀림 항과 열적 비틀림을 함께 포함함으로써, 열적 비틀림만으로는 실험적 이중극자 구조의 부호를 정확히 예측하지만, 그 효과가 비틀림 기여와 거의 상쇄되어 데이터와의 불일치를 초래함을 발견하였다—이는 스핀 균형 모델에서 기울기 기여를 재평가할 필요성을 부각시킨다.

ABSTRACT

By including the recently introduced thermal shear term that contributes to the spin polarization vector at local equilibrium, we determine longitudinal polarization of $\Lambda$ hyperons emitted from a hot and rotating hadronic medium using the thermal model with single freeze-out. In our analysis, we consider the RHIC top energies and use the model parameters which were determined in the earlier analyses of particle spectra and elliptic flow. We confirm that, unlike the previous calculations done by using only the thermal vorticity, the thermal shear term alone leads to the correct sign of the quadrupole structure of the longitudinal component of the polarization three-vector measured in experiments. However, we find almost complete cancellation between thermal shear and vorticity terms, which eventually leads to disagreement with the data. To clarify the role played by velocity and temperature gradient terms, we present a systematic analysis of different contributions to the longitudinal polarization.

연구 동기 및 목표

• 수류역학 모델이 스타 실험 데이터와 반대 부호의 운동량 의존성을 예측하는 오랫동안 지속된 '부호 문제'를 해결하기 위해.
• 기존의 열적 비틀림(ϖμν) 외에 새로 도입된 열적 비틀림 텐서(ξμν)가 스핀 균형에 기여하는 바를 조사하기 위해.
• 속도 기울기와 온도 기울기의 역할을 분리하기 위해 열적 비틀림과 비틀림 텐서를 각각 속도 기울기(Ⅰ) 및 온도 기울기(Ⅱ) 성분으로 분해하기 위해.
• 열적 비틀림을 포함함으로써 이론적 예측이 RHIC 최고 에너지에서 Λ 하이퍼온 균형에 대한 실험 관측치와 일치하는지 테스트하기 위해.
• 이전에 제약된 매개변수를 사용하여 단일 동결점 열역학 모델에서 유체역학 기울기와 스핀 균형 간의 상호작용을 명확히 하기 위해.

제안 방법

• RHIC 최고 에너지(130 GeV)에서 뜨겁고 회전하는 강입자 매질에서 입자 방출을 기술하기 위해 확장된 유체역학 매개변수화를 사용하는 단일 동결점 열역학 모델을 사용한다.
• 열적 비틀림 ϖμν = −1/2(∂μβν − ∂νβμ) 와 열적 비틀림 ξμν = 1/2(∂μβν + ∂νβμ) 를 모두 포함하며, 여기서 βμ = uμ/T 이다.
• ϖμν 와 ξμν 를 각각 속도 기울기(Ⅰ) 및 온도 기울기(Ⅱ) 성분으로 분해하여 그들의 개별 기여를 분리한다.
• 이전에 PHENIX 데이터의 입자 스펙트럼, 타원류, HBT 반경에 맞춘 모델 매개변수(τf, rmax, ϵ, δ)를 동일하게 적용한다.
• 비틀림 및 비틀림 항을 모두 포함한 전체 스핀 균형 공식을 사용하여 종방향 스핀 균형 벡터의 종방향 성분을 계산한다.
• 결과적으로 도출된 종방향 균형의 운동량 의존성을 스타 실험 데이터와 비교하여 일치 여부를 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 열적 비틀림 항만으로도 Λ 하이퍼온 종방향 균형의 이중극자 구조에 대해 올바른 부호를 생성하는가?
• RQ2 속도 기울기 및 온도 기울기 성분이 열적 비틀림과 비틀림에 기여하는 정도는 종방향 스핀 균형에 얼마나 영향을 미치는가?
• RQ3 현재 모델에서 열적 비틀림을 열적 비틀림과 함께 포함했을 때, 왜 부호 문제를 해결하지 못하는가?
• RQ4 어떻게 열적 비틀림과 비틀림의 상호작용이 종방향 균형 성분에서 상쇄되는가?
• RQ5 관측된 데이터와의 불일치는 특히 비틀림 및 비틀림 텐서의 온도 기울기 항에 기인하는가?

주요 결과

• 열적 비틀림 항만으로도 Λ 하이퍼온 종방향 균형이 스타 실험에서 관측된 추세와 일치하는 올바른 부호의 이중극자 구조를 생성한다.
• 그러나 열적 비틀림 항과 함께 열적 비틀림 항을 포함하면, 종방향 균형 성분에서 비틀림과 비틀림의 기여가 거의 상쇄된다.
• 이 근사적인 상호 상쇄는 순수 균형이 실험 데이터와 일치하지 않게 하여, 현재 비틀림과 비틀림 항을 모두 포함한 모델이 부호 문제를 해결하지 못함을 시사한다.
• ϖμν 와 ξμν 에 대한 온도 기울기 성분이 상호 상쇄에 중요한 역할을 하며, 특히 종방향 성분에서 그렇다.
• 분석 결과 속도 기울기 항이 균형 신호를 지배하는 반면, 온도 기울기 항은 상당한 보정을 도입하여 순 효과를 감소시킨다.
• 결과적으로 모델의 매개변수화 또는 局부 평형에 대한 기본 가정을 재검토할 필요가 있음을 시사한다.