[논문 리뷰] Electromagnetic probes of a pure-glue initial state in nucleus-nucleus collisions at LHC

Volodymyr Vovchenko, Iu. Karpenko외 5명|arXiv (Cornell University)|2016. 04. 21.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 √sNN = 2.76 TeV에서의 Pb+Pb 충돌에서 순수한 글루온 초기 상태의 전자기적 서명을 시간에 따라 변화하는 (항)쿼크 탈출도를 갖는 (2+1)-차원 이상의 유체역학을 사용하여 조사한다. 연구 결과, 글루온이 지배하는 초기 단계에서는 이중 레프톤 생성이 크게 억제되지만 직접 광자의 pT 스펙트럼에는 다소만 영향을 미치며, 광자와 이중 레프톤의 타원 유동 증가가 순수한 글루온 초기 조건의 주요 서명으로 나타난다.

ABSTRACT

Partonic matter produced in the early stage of ultrarelativistic nucleus-nucleus collisions is assumed to be composed mainly of gluons, and quarks and antiquarks are produced at later times. To study the implications of such a scenario, the dynamical evolution of the chemically nonequilibrated system is described by the ideal (2+1)-dimensional hydrodynamics with a time dependent (anti)quark fugacity. The equation of state interpolates linearly between the lattice data for the pure gluonic matter and the lattice data for the chemically equilibrated quark-gluon plasma. The spectra and elliptic flows of thermal dileptons and photons are calculated for central Pb+Pb collisions at the LHC energy of $\sqrt{s_{_{ m NN}}} = 2.76$ TeV. We test the sensitivity of the results to the choice of equilibration times, including also the case where the complete chemical equilibrium of partons is reached already at the initial stage. It is shown that a suppression of quarks at early times leads to a significant reduction of the yield of the thermal dileptons, but only to a rather modest suppression of the $p_T$-distribution of direct photons. It is demonstrated that an enhancement of photon and dilepton elliptic flows might serve as a promising signature of the pure-glue initial state.

연구 동기 및 목표

• LHC에서의 초고속 핵-핵 충돌에서 순수한 글루온 초기 상태의 전자기적 서명을 조사하기 위해.
• 파트온의 지연된 화학 평형이 열 이중 레프톤 및 직접 광자 스펙트럼과 유동에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 광자와 이중 레프톤의 강화된 타원 유동(v2)이 글루온 지배 초기 단계의 관측 가능한 서명이 될 수 있는지 확인하기 위해.
• 화학 평형의 다양한 시간에 따른 관측량에 대한 민감도를 시험하기 위해.
• 순수한 글루온과 화학 평형 상태의 쿼크-글루온 플라즈마 라티스 데이터 사이에서 선형 보간을 통해 상태 방정정식을 모델링하기 위해.

제안 방법

• 중앙부에서의 중심부 Pb+Pb 충돌에서 화학 평형이 이루어지지 않은 시스템의 역학적 진화를 시뮬레이션하기 위해 (2+1)-차원 이상의 유체역학을 사용한다.
• 초기 상태 이후 쿼크-반쿼크 생성의 점진적 발생을 모델링하기 위해 시간에 따라 변화하는 (항)쿼크 탈출도를 도입한다.
• 순수한 글루온 물질과 화학 평형 상태의 쿼크-글루온 플라즈마 라티스 데이터 사이에서 선형 보간을 통해 상태 방정정식을 사용한다.
• √sNN = 2.76 TeV에서의 횡방향 운동량(pT)에 따른 열 이중 레프톤 및 직접 광자 스펙트럼과 타원 유동(v2)을 계산한다.
• 화학 평형 시간을 변화시켜 초기 화학 평형이 완전히 이루어지거나 순수한 글루온 초기 상태에 이르는 다양한 시나리오를 탐색한다.
• 결과 관측량을 비교하여 초기 글루온 지배성에 민감한 서명을 식별한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 √sNN = 2.76 TeV에서의 중심부 Pb+Pb 충돌에서 순수한 글루온 초기 상태는 열 이중 레프톤의 수율과 pT 스펙트럼에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 쿼크가 초기 단계에서 부재하거나 지연될 경우 직접 광자의 pT 스펙트럼은 어느 정도 억제되는가?
• RQ3 이중 레프톤과 광자의 타원 유동(v2)은 글루온 지배 초기 상태의 특징적인 서명이 될 수 있는가?
• RQ4 전자기 관측량은 파트온의 화학 평형 시간에 얼마나 민감한가?
• RQ5 시간에 따라 변화하는 탈출도 모델의 맥락에서, 초기 쿼크 억제가 이중 레프톤과 직접 광자에 미치는 상대적 영향은 무엇인가?

주요 결과

• 순수한 글루온 초기 상태는 조기 쿼크-반쿼크 쌍의 부재로 인해 열 이중 레프톤 수율이 크게 억제됨을 보여준다.
• 초기 쿼크 억제 조건에서 직접 광자의 pT 분포는 다소만 억제되며, 이는 초기 파arton 조성에 대한 민감도가 낮음을 시사한다.
• 초기 상태가 글루온에 의해 지배될 경우 광자와 이중 레프톤 모두에서 강화된 타원 유동(v2)이 관측되며, 이는 잠재적인 관측 가능한 서명으로서의 가능성을 시사한다.
• 이중 레프톤과 광자의 v2에서의 증가 폭은 초기 글루온 지배 정도가 클수록 커지며, 이는 민감한 탐사 수단이 될 수 있음을 보여준다.
• 결과는 다양한 화학 평형 시간 동안 강인하며, 화학 평형이 지연되거나 초기에는 존재하지 않을 경우 가장 뚜렷한 서명이 나타난다.
• 순수 글루온과 평형 상태의 쿼크-글루온 플라즈마 라티스 데이터 사이에서 상태 방정정식의 선형 보간은 전이 단계를 일관되게 모델링할 수 있다.