[논문 리뷰] From the chiral magnetic wave to the charge dependence of elliptic flow

Yannis Burnier, Dmitri E. Kharzeev외 2명|arXiv (Cornell University)|2015. 05. 07.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 5인용 수 20

한 줄 요약

이 논문은 강한 자기장 하에서 삼각형 이상성에 의해 생성된 쿼크-글루온 플라즈마 내의 편미러 전자기파(CMW)가 양성 전하에서 $v_2(\pi^+) < v_2(\pi^-)$로 나타나는 전하에 의존하는 타원형 유동 분리 현상을 유도한다고 제안한다. 자기장과 CMW 동역학의 시뮬레이션을 통해 $v_2$ 분리 현상과 그 중심성 의존성을 정량적으로 예측하였으며, 실험 데이터와 양호한 일치를 보였다.

ABSTRACT

The quark-gluon plasma formed in heavy ion collisions contains charged chiral fermions evolving in an external magnetic field. At finite density of electric charge or baryon number (resulting either from nuclear stopping or from fluctuations), the triangle anomaly induces in the plasma the Chiral Magnetic Wave (CMW). The CMW first induces a separation of the right and left chiral charges along the magnetic field; the resulting dipolar axial charge density in turn induces the oppositely directed vector charge currents leading to an electric quadrupole moment of the quark-gluon plasma. Boosted by the strong collective flow, the electric quadrupole moment translates into the charge dependence of the elliptic flow coefficients, so that $v_2(\pi^+) < v_2(\pi^-)$ (at positive net charge). Using the latest quantitative simulations of the produced magnetic field and solving the CMW equation, we make further quantitative estimates of the produced $v_2$ splitting and its centrality dependence. We compare the results with the available experimental data.

연구 동기 및 목표

• 중력충돌에서 전하에 의존하는 타원형 유동의 기원을 이해하기 위해.
• 편미러 전자기파(CMW)가 쿼크-글루온 플라즈마 내에서 전하 분리와 벡터 전류 유도에 어떻게 기여하는지 조사하기 위해.
• CMW 동역학을 사용하여 양성 및 음성 파이 메손 사이의 $v_2$ 분리 현상을 정량적으로 추정하기 위해.
• 중심성 범위에 따라 이론적 예측된 $v_2$ 분리 현상과 실험 데이터를 비교하기 위해.

제안 방법

• 유체역학 및 운동 시뮬레이션을 사용하여 중력충돌에서 시간에 따라 변화하는 자기장을 모델링하기 위해.
• 축 방향 전하 분리를 기술하기 위해 편미러 전자기파(CMW) 방정식을 해결하기 위해.
• 삼각형 이상성을 통해 축 전하 밀도에서 유도된 벡터 전하 전류를 계산하기 위해.
• 집단 유동에 의해 전기 이중극 모멘트가 증폭되어 전하에 의존하는 타원형 유동 분리를 생성하기 위해.
• 중심성에 따른 $v_2$ 분리 현상을 결과로 얻고, 실험 측정치와 비교하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 편미러 전자기파는 쿼크-글루온 플라즈마 내에서 어떻게 전하에 의존하는 타원형 유동을 유도하는가?
• RQ2 CMW 효과로 인해 $\pi^+$와 $\pi^-$ 메손 사이의 $v_2$ 분리 현상의 정량적 크기는 얼마인가?
• RQ3 $v_2$ 분리 현상은 충돌 중심성에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ4 CMW 기반 예측은 전하에 의존하는 유동에 대한 실험 데이터와 어느 정도 일치하는가?

주요 결과

• CMW는 자기장 방향에 따라 반대 방향의 전류를 유도하는 이중극형 축 전하 밀도를 유도한다.
• 결과적으로 유도된 전기 이중극 모멘트는 집단 유동에 의해 증폭되어 전하에 의존하는 타원형 유동 분리를 유도한다.
• 모델은 양성 순전하에서 $v_2(\pi^+) < v_2(\pi^-)$를 예측하며, 실험 관측과 일치한다.
• $v_2$ 분리 현상은 중심성에 따라 비단조화적인 의존성을 보이며, 중간 중심성 충돌에서 데이터 경향과 일치한다.
• 자기장과 CMW 동역학의 정량적 시뮬레이션은 실험 측정치와 일치하는 $v_2$ 분리 현상의 크기를 도출한다.