[논문 리뷰] Estimation of P-odd correlators in heavy ion collisions at RHIC energies 62.4 -- 200 GeV

В. А. Окороков|arXiv (Cornell University)|2009. 08. 18.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 국부적 τ-불변 대칭성(Parity, TIP) 가정 하에, RHIC 에너지(62.4–200 GeV)에서 Au+Au 충돌에서 π-홀드 상관관계를 분석하는 분석적 치랄 자기효과(CME) 모델을 사용하여 추정한다. 62.4 GeV에서 동일 전하 및 반대 전하 상관관계에 대해 모델 예측과 예비 STAR 데이터 사이에 양호한 일치를 보이나, 200 GeV에서 중심 및 중앙부 충돌에서 동일 전하 상관관계를 과소평가하며, 이는 분석적 접근의 한계나 고에너지에서의 배경 기여로 인한 가능성을 시사한다.

ABSTRACT

The strength of parity violation effect can be characterized by correlator value in the framework of local $\mathcal{TIP}$ hypothesis. The energy and centrality dependencies of correlators for same and opposite charges are discussed for heavy ion collisions in RHIC energy domain 62.4 -- 200 GeV. The magnetic field shows a significant increasing at initial energy decreasing for intermediate and large times. Two possible scenarios for initial time are investigated in detail. Both scenarios predict the most close values for initial time in ${Au+Au}$ collisions at 62.4 GeV. Disagreement between initial time values obtained for two various scenarios increases with energy increasing and for collisions of lighter ${Cu}$-nucleus. Boundary values for correlators related with possible local $\mathcal{TIP}$ violation are calculated in the framework of analytic approach of chiral magnetic effect for ${Au+Au}$ collisions at 62.4 and 200 GeV. The results are shown as function of collision centrality. Preliminary experimental STAR data are compared with predictions of chiral magnetic effect model directly. Experimental signals consistent with model expectations for both same and opposite charge correlations in ${Au+Au}$ collisions at 62.4 GeV at all centralities. At higher energy 200 GeV the model of chiral magnetic effect underestimates same charge correlator values for central and midcentral events but the same charge correlations for peripheral events as well as opposite charge correlations are in the boundaries predicted by model calculations.

연구 동기 및 목표

• 국부적 τ-불변 대칭성(TIP) 가정 틀에서 π-홀드 상관관계를 통해 중이온 충돌에서 대칭성 위반 효과의 강도를 추정하는 것.
• RHIC 에너지(62.4–200 GeV)에서 Au+Au 충돌의 동일 및 반대 전하 상관관계의 에너지 및 중심도 의존성을 조사하는 것.
• 다양한 충돌 중심도 및 에너지에서 치랄 자기효과 모델 예측과 예비 STAR 실험 데이터 간의 일관성을 평가하는 것.
• 초기 시간 가정과 자기장 진화가 상관관계 추정에 미치는 영향, 특히 저에너지에서의 영향을 평가하는 것.

제안 방법

• 충돌 중심도 및 에너지에 따른 π-홀드 상관관계를 계산하기 위해 치랄 자기효과(CME) 기반의 분석적 접근을 사용한다.
• 동일 전하 상관관계에 대해선 공식 $ a_{\pm\pm} = \frac{1}{N_{\pm}^2} \frac{\pi^2}{16} g(b/R, \lambda/R) \Phi(b/R, \tau, \eta) $ 를 적용하고, 반대 전하 상관관계에 대해선 $ a_{+-} = -\frac{1}{N_+N_-} \frac{\pi^2}{16} h(b/R, \lambda/R) \Phi(b/R, \tau, \eta) $ 를 사용한다.
• 자기장 적분 $ \Phi(b/R, \tau, \eta) = 4\kappa\alpha_s R^2 \left[\sum_j q_j^2\right]^2 \int_{\tau_i}^{\tau_f} d\tau \, \tau \left[eB(\tau, \eta)\right]^2 $ 를 평가하며, 겹침 영역에서 균일한 균일한 자기장을 가정한다.
• 충돌에서 자기장 발생의 시작 시점을 반영하기 위해 초기 적합 시간 $ \tau_i $ 에 대해 두 가지 시나리오를 고려한다.
• 고정된 스크리닝 길이 $ \lambda $ 를 가정하고, 초기 충돌 기하학을 모델링하기 위해 라우르츠 수축 계수 $ \gamma_L \sim 31.2–100 $ 를 사용한다.
• 62.4 GeV 및 200 GeV에서 중심도 범위에 걸쳐 충돌에서의 양성자 상관관계에 대한 예비 STAR 데이터와 모델 예측을 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Au+Au 충돌에서 RHIC 에너지(62.4–200 GeV)에서 동일 및 반대 전하 입자에 대한 π-홀드 상관관계는 에너지 및 중심도에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ2 국부적 TIP 가정 하에 치랄 자기효과 모델의 예측이 62.4 GeV 및 200 GeV에서 예비 STAR 실험 데이터와 어느 정도 일치하는가?
• RQ3 충돌 진화에서 초기 적합 시간 $ \tau_i $ 를 둘러싼 다양한 가정에 따라 상관관계 추정치는 얼마나 민감한가?
• RQ4 62.4 GeV에서는 일치하나 200 GeV에서 중심 및 중앙부 충돌에서 동일 전하 상관관계를 과소평가하는 이유는 무엇인가?
• RQ5 배경 상관관계(예: 제트 끓음) 및 매우 이른 시간($ \tau \gtrsim R/\sinh(Y_0) $)을 배제한 것이 200 GeV에서 모델과 데이터 간의 괴리에 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 62.4 GeV에서 동일 전하 및 반대 전하 상관관계에 대해 모든 중심도 범위에서 모델 예측과 예비 STAR 데이터 사이에 양호한 일치를 보였다.
• 200 GeV에서 중심 및 중앙부 사건에서 동일 전하 상관관계는 과소평가되었지만, 반대 전하 및 외곽부 동일 전하 결과는 여전히 모델 예측 범위 내에 있었다.
• 두 초기 시간 시나리오 모두 62.4 GeV에서는 매우 유사한 상관관계 추정치를 제공하지만, 에너지가 증가함에 따라 이들의 불일치가 커지며, 특히 경량 Cu–Au 충돌에서 두드러진다.
• LHC 에너지 $ \sqrt{s_{NN}} = 5.5 $ TeV에서 모델은 동일 전하 상관관계를 약 $ 10^{-6} $ 에서 $ 10^{-5} $ 수준, 반대 전하 상관관계를 약 $ 10^{-7} $ 에서 $ 10^{-6} $ 수준으로 예측하여 고에너지에서의 상당한 억제를 시사한다.
• 200 GeV에서의 괴리는 분석적 접근의 한계, 예를 들어 자기장이 가장 강력한 매우 이른 시간을 배제한 것 또는 평면 내 제트 상관관계와 같은 배경 기여를 고려하지 못한 것에서 기인할 수 있다.
• 배경 자기장은 특히 중간 및 큰 시간에서 저에너지에서 크게 증가함을 발견하여, 저에너지 RHIC에서 더 강한 대칭성 위반 신호가 기대됨을 시사한다.