[논문 리뷰] Fluctuations of charge separation perpendicular to the event plane and local parity violation in sqrt(sNN)=200 GeV Au+Au collisions at RHIC

STAR Collaboration, L. Adamczyk외 366명|arXiv (Cornell University)|2013. 02. 15.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 12

한 줄 요약

이 연구는 RHIC에서 √sNN = 200 GeV 조건의 Au+Au 충돌에서 이벤트 평면에 수직인 전하 분리 변동성을 연구한다. STAR 실험을 통해 수행된 분석에서, 전하 분리에 민감한 삼중상관관계에서 유의미한 신호를 관측하였으며, 저상대운동량 영역에서 주로 펌토스코픽 효과의 기여가 지배적임을 확인하였다. 그러나 펌토스코픽 효과를 억제한 후에도 지속되는 반대전하 상관관계 신호는 켈리온-자기 효과(CME)의 기여 가능성을 시사하지만, 전하 균형 함수 및 집단 흐름과 같은 페어티-짝성 배경은 여전히 배제할 수 없다.

ABSTRACT

Previous experimental results based on data (15 million events) collected by the STAR detector at RHIC suggest event-by-event charge separation fluctuations perpendicular to the event plane in non-central heavy-ion collisions. Here we present the correlator previously used split into its two component parts to reveal correlations parallel and perpendicular to the event plane. The results are from a high statistics 200 GeV Au+Au collisions data set (57 million events) collected by the STAR experiment. We explicitly count units of charge separation from which we find clear evidence for more charge separation fluctuations perpendicular than parallel to the event plane. We also employ a modified correlator to study the possible P-even background in same and opposite charge correlations, and find that the P-even background may largely be explained by momentum conservation and collective motion.

연구 동기 및 목표

• √sNN = 200 GeV 조건의 Au+Au 충돌에서 이벤트 평면에 수직인 전하 분리 변동성을 조사한다.
• 관측된 전하 상관관계가 켈리온-자기 효과(CME)와 일치하는지 여부를 판단한다.
• 삼중상관관계 함수에서 펌토스코픽 상관관계와 집단 흐름 효과의 기여를 분리한다.
• 이벤트 평면 정렬과 운동량 보존이 전하 분리 신호에 미치는 역할을 평가한다.
• 펌토스코픽 및 공명 붕괴 효과를 억제한 후 관측된 신호가 지속되는지 평가한다.

제안 방법

• RHIC의 STAR 검출기로 이벤트 평면에 대한 전하 분리에 기반한 삼중상관관계 함수를 측정하였다.
• 펌토스코픽 상관관계 억제를 위해 운동량 차이(ΔpT > 0.15 GeV/c) 및 양자수 차이(Δη > 0.15)에 대한 운동학적 절단 조건을 적용하였다.
• 공명 붕괴, 최종상태 상호작용 및 집단 흐름의 영향을 모델링하고 추정하기 위해 THERMINATOR 몬테카를로 시뮬레이션을 사용하였다.
• 펌토스코픽 효과가 지배하는 영역을 식별하기 위해, 위상도(η) 및 횡운동량(pT)에 따른 차별 상관관계를 분석하였다.
• 동일전하 및 반대전하 상관관계를 이면 및 외면 영역에서 비교하여 CME 유사 신호를 고립하였다.
• 관측된 상관관계를 설명하기 위해 전하 균형 함수 및 타원형 흐름과 같은 페어티-짝성 과정의 기여를 정량화하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 √sNN = 200 GeV 조건의 Au+Au 충돌에서 관측된 전하 분리 신호가 켈리온-자기 효과(CME)와 일치하는가?
• RQ2 저상대운동량 영역에서의 펌토스코픽 상관관계가 관측된 삼중상관관계 신호에 얼마나 기여하는가?
• RQ3 공명 붕괴 및 전하 균형 함수와 같은 페어티-짝성 과정이 측정된 전하 분리 상관관계에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 저운동량 쌍 억제 후에도 신호가 지속되는가? 이는 진정된 CME 유사 기여를 시사하는가?
• RQ5 타원형 흐름과 이벤트 평면 정렬이 CME 유사 전하 분리 신호를 생성하거나 모방하는 데 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 펌토스코픽 상관관계 억제를 위한 절단 조건을 적용한 후에도 삼중상관관계 함수에서 유의미한 신호가 지속되어 비펌토스코픽 기원을 시사한다.
• 편경성 충돌에서의 반대전하 상관관계 긍정 신호는 주로 펌토스코픽 효과가 지배하는 저상대운동량 영역에 집중되어 있다.
• 저상대운동량 쌍을 제외함으로써 반대전하 상관관계의 긍정 기여는 감소하지만, 동일전하 및 반대전하 신호 간의 차이는 여전히 CME 기대치와 일치한다.
• 전하 분리 변동성의 제곱평균(RMS)은 이벤트 평면에 수직 방향(ΔQ_OUT)에서 수평 방향(ΔQ_IN)보다 크며, 이는 외면 방향에서 전하 분리가 강화됨을 시사한다.
• 페어티-짝성 과정인 전하 균형 함수와 타원형 흐름의 조합은 관측된 신호와 크기로 유사한 동일전하 삼중상관관계를 생성할 수 있다.
• 신호가 첫 번째 및 두 번째 조화 조건의 이벤트 평면과 일치함을 확인하여 반응 평면과의 연관성을 뒷받침하지만, CME가 배경 메커니즘보다 더 우세하다고 확인하지는 못한다.