[논문 리뷰] Improved heavy-ion collision baseline based on perturbative QCD and hadronic rescattering

André Vieira da Silva, Willian Matioli Serenone외 3명|arXiv (Cornell University)|2020. 02. 24.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 PYTHIA Angantyr 이벤트 생성기와 UrQMD 강입자 캐스케이드 시뮬레이터를 결합하여 중이온 충돌에서 QGP를 고려하지 않은 새로운 기본 모델을 제안한다. 이는 강입자 재결합 효과를 현실적으로 모델링할 수 있게 하며, 중간-고-$p_\perp$ 입자 억제와 제트-쿼칭 유사 현상이 QGP가 아닌 강입자 단계에서 유의미하게 발생함을 보여주어, 이러한 효과가 QGP 내에서의 파artonic 에너지 손실 때문이라는 기존의 가정을 도전한다.

ABSTRACT

In this paper, we show predictions from a new QGP-free, no-equilibration, improved baseline model for heavy-ion collisions. It is comprised of the PYTHIA Angantyr event generator coupled to UrQMD, as a hadronic cascade simulator, and compared to ALICE and CMS data from Pb-Pb collisions at $\sqrt{s_{ m{NN}}}$ = 2.76 TeV. This coupling is made possible due to a new implementation of the hadron vertex model in PYTHIA Angantyr. Hadronic rescattering in UrQMD is shown to lead to a significant suppression of mid- to high-$p_\perp$ particle yields that is qualitatively consistent with measurements of nuclear modification factors. We further study the effect of hadronic rescatterings on high-$p_\perp$ particles by using two-particle correlations and show that some suppression of away-side jets occurs in the hadronic phase even without any partonic energy loss. Finally, the decorrelation of dijet structures at high momenta also leads to a reduction of the elliptic flow coefficient $v_{2}\{2\}$. These findings suggest that significant jet-quenching-like effects may still originate in the hadronic, as opposed to the partonic phase and prove that the usual Pb-Pb baseline, composed of a superposition of incoherent pp collisions, ignores coherent phenomena that are not strictly related to the QGP but may still be highly relevant.

연구 동기 및 목표

• 비균형적인 pp 초월의 일관된 강입자 상호작용을 고려한 QGP-무료 중이온 충돌 기본 모델을 개발하는 것.
• 강입자 재결합만으로 ALICE 및 CMS 데이터에서 관측된 핵소형 수정 인자와 유동 계수의 주요 특징을 재현할 수 있는지 조사하는 것.
• QGP 내에서의 파artonic 에너지 손실과는 독립적으로 강입자 단계가 고-$p_\perp$ 입자의 억제와 디제트의 구조 수정에 어떤 역할을 하는지 평가하는 것.
• 제트 쿼칭이 QGP 현상에만 국한된다는 기존 기본 가정을 도전하기 위해, 강입자 단계에서 제트 쿼칭 유사 현상의 잠재적 기원을 보여주는 것.

제안 방법

• 모델은 강입자 단계에서의 전체 충돌 시퀀스를 시뮬레이션하기 위해, 양자 색역학 기반 이벤트 생성기인 PYTHIA Angantyr와 강입자 캐스케이드 시뮬레이터인 UrQMD를 결합한다.
• PYTHIA Angantyr에 구현된 새로운 하드론 병합 모델은 파artonic 단계에서 강입자 단계로의 일관된 전이를 가능하게 한다.
• 강입자 재결합 효과는 생성된 하드론의 최종 상태 상호작용을 모델링하는 UrQMD를 사용하여 시뮬레이션된다.
• 모델은 $\sqrt{s_{NN}} = 2.76$ TeV 조건에서 Pb-Pb 충돌에 대해 ALICE 및 CMS 데이터와의 비교를 통해 검증되며, $R_{AA}$, $v_2\{2\}$ 및 이중 입자 상관관계에 중점을 둔다.
• 이중 입자 상관관계 함수는 강입자 재결합이 원측 제트 구조에 미치는 영향을 탐색하는 데 사용된다.
• 모델은 파artonic 에너지 손실을 배제함으로써 강입자 단계의 기여를 고립시키며, QGP와는 별개의 일관된 효과를 분리한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 강입자 재결합만으로도 $R_{AA}$ 측정치에서 관찰되는 것과 유사하게 중간-고-$p_\perp$ 입자 수율의 유의미한 억제를 유도할 수 있는가?
• RQ2 강입자 상호작용은 고운동량 디제트의 구조와 그 상관 패턴에 어느 정도의 영향을 미치는가?
• RQ3 파artonic 에너지 손실 없이도 강입자 단계가 타원형 유동 계수 $v_2\{2\}$ 의 감소에 기여하는가?
• RQ4 일관된 강입자 재결합을 포함한 QGP-무료 기본 모델이 $R_{AA}$ 및 $v_2\{2\}$ 와 같은 주요 실험 관측량을 재현할 수 있는가?
• RQ5 중이온 충돌에서의 제트-쿼칭 유사 현상은 주로 QGP에 기인하는가, 아니면 강입자 단계에서 기인할 수 있는가?

주요 결과

• UrQMD에서의 강입자 재결합은 중간-고-$p_\perp$ 입자 수율의 유의미한 억제를 유도하며, 측정된 핵소형 수정 인자 $R_{AA}$ 와 정성적으로 일치한다.
• 파artonic 에너지 손실 없이도 강입자 재결합은 이중 입자 상관관계에서 원측 제트 피크의 관측 가능한 억제를 유도한다.
• 강입자 재결합으로 인한 고운동량 디제트의 구조 분리로 인해 타원형 유동 계수 $v_2\{2\}$ 가 측정 가능한 정도로 감소한다.
• 모델은 QGP 효과와는 다를 바 있는 일관된 강입자 상호작용이 제트-쿼칭 유사 현상을 유도할 수 있음을 보여준다.
• 이러한 발견들은 비균형적인 pp 충돌을 기본 가정으로 삼는 기존 모델이 강입자 단계에 존재하는 핵심적인 일관된 역학을 포착하지 못한다는 것을 시사한다.
• 이 연구는 중요한 제트-쿼칭 유사 현상이 강입자 매질에서 기인할 수 있으며, 이러한 현상이 QGP에만 기인한다는 전제를 도전할 수 있음을 암시한다.