[논문 리뷰] J/psi elliptic flow measurement in Pb-Pb collisions at \sqrt{s_{NN}} = 2.76 TeV at forward rapidity with the ALICE experiment

L. Massacrier|arXiv (Cornell University)|2012. 08. 27.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 12인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 ALICE 중성미자 분광계를 사용하여 √sNN = 2.76 TeV에서의 Pb-Pb 충돌에서 전방 빠르기도(2.5 < y < 4)에서 포함형 J/ψ 탄성 흐름(v₂)의 최초 측정을 제시한다. 이벤트 평면 방법을 사용하여 2–4 GeV/c pT 범위에서 비제로 v₂의 징후를 관측하였으며, 이는 2.2σ의 유의수준을 보이며, 쿼크-글루온 플라즈마에서 캐러먼 쿼크의 열평형화 가능성을 시사하는 부분입자 운반 모델 예측과 일치한다.

ABSTRACT

J/psi suppression induced by color screening of its constituent quarks was proposed 26 years ago as a signature of the formation of a quark gluon plasma in heavy-ion collisions. Recent results from ALICE in Pb-Pb collisions exhibit a smaller suppression with respect to previous measurements at the SPS and RHIC. The study of azimuthal anisotropy in particle production gives information on the collective hydrodynamic expansion at the early stage of the fireball, where the matter created in high-energy nuclear collisions is expected to be in a deconfined state. In particular, J/psi elliptic flow v2 is important to test the degree of thermalization of heavy quarks. Together with the production yields, the elliptic flow is a powerful observable to address the question of suppression and regeneration of J/psi in QGP. We present the first inclusive J/psi elliptic flow measurement performed with the muon spectrometer of ALICE, in Pb-Pb collisions, at forward rapidity. Integrated and pT-differential v2 results are presented and a comparison with recent STAR results and with a parton transport model is also performed.

연구 동기 및 목표

• 쿼크-글루온 플라즈마에서 무거운 쿼크의 열평형화를 탐색하기 위해 √sNN = 2.76 TeV에서 Pb-Pb 충돌에서 포함형 J/ψ 메손의 탄성 흐름(v₂)을 측정하는 것.
• J/ψ 생성이 집단 흐름에 의해 영향을 받는지 여부를 조사하여, 열평형화된 캐러먼 쿼크에서 재결합이 일어나는지 여부를 밝혀내는 것.
• ALICE 측정 결과를 √sNN = 200 GeV에서의 Au-Au 충돌에서의 STAR 데이터와, 부분입자 운반 모델을 비교하여 재결합과 열평형화의 역할을 평가하는 것.
• 시뮬레이션을 사용하여 분석 방법을 검증하고, 특히 신호 추출 및 이벤트 평면 해상도에 기인한 체계적 불확실성의 정량화를 수행하는 것.

제안 방법

• 입자 운동량 비대칭성의 제2조화에서 유도된 반응 평면 각도(ΨEP,2)를 재구성하기 위해 VZERO-A 섬세이터를 사용하여 이벤트 평면 방법을 적용하였다.
• VZERO-A 섬세이터의 가중치가 입자 유량에 비례하도록, 이벤트 흐름 벡터 Q₂,x와 Q₂,y를 정의하였다.
• 이벤트 평면 해상도를 추정하고 흐름 벡터 분포의 비균일성에 기인한 영향을 보정하기 위해 삼하위이벤트 방법을 사용하였다.
• 저운동량 트랙(1 GeV/c에서 50% 효율)을 요구하는 이중 뮤온 트리거를 사용하여, 중성미자 분광계에서 이중 뮤온 붕괴 채널을 통한 J/ψ 신호 추출을 수행하였다.
• 검출기 효과와 자가상관관계를 보정하기 위해, 이벤트 평면 결정에 VZERO-A만을 사용하였으며, 중성미자 분광계 수용각과의 겹침을 피하였다.
• 가상의 유체가 생성 수준에서 존재하지 않을 경우에도 비현실적인 v₂가 재구성되지 않음을 확인하기 위해 몬테카를로 시뮬레이션을 사용하여 분석 파이프라인을 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 √sNN = 2.76 TeV에서 Pb-Pb 충돌에서 전방 빠르기도에서 포함형 J/ψ 생성에 비제로 탄성 흐름(v₂)의 증거가 있는가?
• RQ2 2–4 GeV/c pT 범위에서 관측된 v₂는 쿼크-글루온 플라즈마에서 캐러먼 쿼크의 열평형화를 시사하는가?
• RQ3 유사한 중심도 범위에서 ALICE의 J/ψ v₂ 측정 결과는 √sNN = 200 GeV에서의 Au-Au 충돌에서의 STAR 결과와 어떻게 비교되는가?
• RQ4 캐러먼 쿼크 재결합과 열평형화를 포함하는 부분입자 운반 모델이 관측된 v₂ 크기와 pT 의존성의 특성을 재현할 수 있는가?

주요 결과

• 5–20% 및 20–60% 중심도 범위에서 모두 비제로 값의 징후를 보이며, 평균 pT는 2.31 ± 0.20 GeV/c이다.
• 20–60% 중심도 범위에서 2–4 GeV/c pT 범위에서 비제로 v₂의 유의미한 징후를 관측하였으며, v₂ = 0.092 ± 0.039 (통계) ± 0.015 (체계적), 이는 2.2σ의 유의수준에 해당한다.
• 통계적 불확실성이 주요 오차 원천이며, 측정 정밀도를 제한하고 있다.
• 체계적 불확실성은 주로 신호 추출(2–4 GeV/c 범위에서 16%)과 이벤트 평면 해상도(2% 상관 불확실성)에 기인한다.
• 시뮬레이션은 분석 방법의 타당성을 확인한다: 생성 수준에서 유체가 존재하지 않을 경우 비현실적인 v₂가 재구성되지 않으며, 2–4 GeV/c 범위에서 잔여 체계적 기여는 0.1%이다.
• 측정된 v₂ 크기는 캐러먼 쿼크 재결합과 열평형화를 포함하는 부분입자 운반 모델의 예측과 일치하며, J/ψ가 열평형화된 캐러먼 쿼크로부터 흐름을 물려받을 수 있음을 시사한다.