[논문 리뷰] Elliptic flow in high multiplicity proton-proton collisions at $\sqrt s$ = 14 TeV as a signature of deconfinement and quantum energy density fluctuations

G. Ortona, Gabriel S. Denicol외 2명|ArXiv.org|2009. 11. 26.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 $√{s} = 14$ TeV에서 고다중도 프로톤-프로톤 충돌에서 초기 에너지 밀도의 양자 양상으로 인해 타원류동($v_2 \approx 3\%$)이 나타날 수 있음을 이상적 3+1차원 유체역학 시뮬레이션을 통해 보여주며, 이는 소형 시스템에서의 탈결속화와 집단적 행동의 징후를 시사한다. 결과는 이러한 유동이 LHC에서 측정 가능하며, 기하학적 요인보다는 초기 상태의 변동성에 기인함을 나타낸다.

ABSTRACT

At LHC extreme values of energy density will be reached even for proton-proton collisions. Such values of energy density may be large enough to generate a collective motion in the products of the collision, therefore generating effects such as elliptic flow. Using ideal 3+1D hydrodynamical simulations, we show that elliptic flow can occur at least for top multiplicities p-p events at LHC and that the intensity of such effect is strongly related to quantum fluctuations in the initial proton energy distribution.

연구 동기 및 목표

• LHC 에너지에서 고다중도 프로톤-프로톤 충돌에서 높은 초기 에너지 밀도로 인해 타원류동이 나타날 수 있는지 조사하기 위해.
• 이러한 유동이 소형 시스템에서의 탈결속화와 열평형화의 징후인지 확인하기 위해.
• 초기 에너지 밀도 분포에서의 양자 양상이 초기 비대칭성의 원천으로서의 역할을 탐색하기 위해.
• LHC에서 $√{s} = 14$ TeV에서의 pp 충돌에서 타원류동의 실험적 측정 가능성 평가하기 위해.
• 초기 조건과 상태방정식의 변화에 따른 $v_2$ 예측의 강인성 평가하기 위해.

제안 방법

• 초기 에너지 밀도를 양자 양상이 포함된 가우시안 분포를 가진 프로톤 분포의 초합으로 모델링한 이상적 3+1차원 상대론적 유체역학을 사용하며, 하이퍼볼릭 좌표계에서 입자 유체역학(SPH)을 적용한다.
• 초기 에너지 밀도를 가우시안 분포를 가진 프로톤 분포의 초합으로 모델링한다.
• 횡방향 및 종방향 성분을 결합한 인장된 초기 에너지 밀도 프로파일을 적용한다.
• 최종 입자 분포를 추출하기 위해 $T_f = 130$ MeV에서 Cooper-Frye 동결과정을 시행한다.
• 푸리에 분해를 통해 아작스 방향 입자 분포에서 $v_2$를 계산한다.
• 초기 비대칭성, $K$, 종방향 폭 $\eta_g$의 변화에 따른 결과의 민감도를 시험한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 초기 에너지 밀도로 인해 $√{s} = 14$ TeV에서 고다중도 pp 충돌에서 타원류동이 나타날 수 있는가?
• RQ2 관측된 타원류동이 기하학적 영향보다는 초기 에너지 밀도의 양자 양상에 의해 주로 유도되는가?
• RQ3 $v_2$의 크기는 초기 비대칭성과 시스템 파라미터에 어떻게 의존하는가?
• RQ4 LHC에서 pp 충돌에서 $v_2 \approx 3\%$가 실험적으로 해상될 수 있는가?
• RQ5 상태방정식과 동결온도의 변화에 따른 결과의 강인성은 어떠한가?

주요 결과

• 초기 비대칭성이 17%일 때, $√{s} = 14$ TeV에서 고다중도 pp 충돌에서 $v_2 \approx 3\%$의 타원류동이 예측된다.
• 통합된 $v_2$ 값은 초기 비대칭성에 비례함을 확인하여, 이는 초기 상태의 변동성에 의존함을 입증한다.
• 총 엔트로피가 보존되는 한 $K$와 $\eta_g$의 변화에 대해 결과가 강인함을 보였다.
• 전체 빠르도 범위 또는 중간 빠르도 영역에서 통합할 경우 $v_2$ 값은 거의 변하지 않는다.
• 초기 비대칭성이 양자적이고 확률적인 기원을 가지므로, 이벤트 간에 타원류동이 크게 변동할 것으로 예상된다.
• 이 연구는 비-플로우 효과를 제거한 후 ALICE 실험에서 몇 퍼센트 수준의 $v_2$ 값이 측정 가능할 수 있음을 시사한다.