[논문 리뷰] Fluctuations and correlations from NA61/SHINE

M. Gaździcki|arXiv (Cornell University)|2017. 12. 30.

Astronomy and Astrophysical Research참고 문헌 1인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 고에너지 핵 충돌에서 내재된 변동성을 부피 변동성과 보존 법칙으로 인한 잡음 요소를 최소화함으로써 분리하는 방법을 제시한다. 강력한 강성 관측량인 Ω[N,EP]과 Δ[PT,N]을 사용하여 임의의 효과를 억제함으로써 QCD 임계점과 분리의 시작을 더 깔끔하게 탐색할 수 있게 되었으며, Be+Be 및 Ar+Sc 충돌 데이터에서는 임계 변동성에 대한 증거가 없음을 확인하였다.

ABSTRACT

Basic ideas, methods and results related to the NA61/SHINE study of event-by-event fluctuations in high energy nuclear collisions are briefly reviewed.

연구 동기 및 목표

• 충돌 중심도에 따른 부피 변동성과 전역 보존 법칙으로 인한 잡음 기여를 제거함으로써 고에너지 핵 충돌에서의 내재된 이벤트 간 변동성을 분리하는 것.
• 상대론적 핵 충돌 모델에서 부피 및 보존 법칙 효과에 민감하지 않은 변동 측정량을 개발하고 검증하는 것.
• CERN SPS에서의 A+A 충돌에서 QCD 임계점과 분리의 시작에 대한 서명을 찾기 위해 이러한 방법을 실험 데이터에 적용하는 것.
• Ω[N,EP]과 Δ[PT,N]과 같은 변동 측정량이 운동량 공간에서의 임계 현상과 간헐성에 얼마나 민감한지 테스트하는 것.

제안 방법

• 부피 변동성과 보존 법칙이 다중도 분포에 미치는 영향을 모델링하기 위해 상대론적 핵 충돌 모델(Wounded Nucleon Model, WNM)과 대규모 정준집합(Grand Canonical Ensemble) 기반 통계 모델(SM(IB-GCE))을 사용한다.
• 부피 변동성을 억제하기 위해 강력한 강성 스케일링 분산 Ω[N,EP] = ω[N] − (⟨N·EP⟩ − ⟨N⟩⟨EP⟩)/⟨EP⟩를 정의한다. 여기서 EP는 입사 에너지에서 전방 에너지 EF를 뺀 값이다.
• 프로젝틸 스펙터터 검출기(Projectile Spectator Detector, PSD)를 사용하여 EF를 최소화함으로써 가장 극단적인 충돌을 선별함으로써 W 변동성을 감소시킨다.
• 가장자리 운동량 PT와 입자 다중도 N을 기반으로 Δ[PT,N] 및 Σ[PT,N]과 같은 변동 측정량을 구성함으로써 부피 및 보존 법칙 의존성을 제거한다.
• 운동량 공간에서의 스케일링 요인 모멘트 Fr(M)를 사용하여 간헐성과 프랙탈 구조를 탐색하며, 누적 운동량 변수에 따른 분할을 통해 균일한 입자 밀도를 확보한다.
• HSD 및 UrQMD 시뮬레이션 결과를 실험 데이터와 비교하여 강력한 강성 측정량의 강인성을 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 부피 변동성과 보존 법칙은 A+A 충돌에서 이벤트 간 다중도 분포에 어떻게 왜곡을 초래하는가?
• RQ2 Ω[N,EP]과 Δ[PT,N]과 같은 강력한 강성 변동 측정량은 WNM 및 SM(IB-GCE)에서 부피 및 보존 법칙 효과를 효과적으로 억제할 수 있는가?
• RQ3 이 관측량은 NA61/SHINE 데이터에서 QCD 임계점과 분리의 시작에 대해 얼마나 민감한가?
• RQ4 운동량 공간에서 측정된 스케일링 요인 모멘트 Fr(M)는 임계 변동성 또는 척도 불변성을 나타내는 거듭제곱 법칙을 따르는가?
• RQ5 Si+A 및 Be+Be 충돌에서 임계 변동을 따르는 입자 비율에 대한 상한은 얼마인가?

주요 결과

• 75 A GeV/c에서 Be+Be 충돌에서 강력한 강성 스케일링 분산 Ω[N,EP]는 충돌 중심도(백분위수)에 거의 의존하지 않으며, 이는 부피 변동성 억제가 효과적으로 이루어졌음을 확인한다.
• 가장 극단적인 충돌에서 Ω[N,EP]는 상처 입은 핵자당 내재된 스케일링 분산 ω[n]로 수렴하며, 이는 방법의 효과성을 검증한다.
• SM(IB-CE)에서 변동 측정량 Δ[PT,N]는 부피 및 물질 보존 법칙에 영향을 받지 않으며, 이는 임계점 탐색에 적합하다.
• p+p, Be+Be, 또는 Ar+Sc 충돌에서 변동성의 유의미한 증가가 관측되지 않았으며, 측정된 Σ[PT,N] 또는 Δ[PT,N] 관측량에서 QCD 임계점에 대한 신호가 없음을 시사한다.
• 150 A GeV/c에서 Si+A 충돌에서 임계 변동을 따르는 양성자 비율에 대한 상한은 0.3%로, NA49에서 관측된 1%보다 훨씬 낮다.
• Si+A 및 Be+Be 충돌에서 양성자에 대한 스케일링 요인 모멘트 F₂(M)는 거듭제곱 법칙을 따르지 않으며, 이는 데이터에서 임계 간헐성에 대한 증거가 없음을 나타낸다.