[논문 리뷰] Jet quenching effects on the direct, elliptic, and triangular flow at RHIC

R. P. G. Andrade, Jorge Noronha외 1명|arXiv (Cornell University)|2014. 03. 07.

Magnetic confinement fusion research인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 뉴클레온-뉴클레온 충돌에서 쿼크-글루온 플라즈마(QGP)에 들어가는 파르티클릭 디젯의 에너지 및 운동량 침착이 중심부의 Au+Au 충돌에서 직접, 타원형, 삼각형형 유량에 미치는 영향을 조사한다. 비틀림 불변성과 외부 소스 항을 포함한 이벤트 별 이상 유체역학 모델을 사용하여, 디젯 에너지 손실을 모의하고, 12 GeV 이상의 에너지가 침착될 경우 중간 $p_T$ ($1 < p_T < 3$ GeV) 에서 디젯 유도 유량이 유의미해지며, 유량 계수의 기하학적 상관관계가 약화되고, 디하드론 상관관계를 통해 직접 유량($v_1$)을 탐지할 수 있음을 발견하였다.

ABSTRACT

In this paper we investigate how the energy and momentum deposited by partonic dijets in the quark-gluon plasma may affect the direct, elliptic and triangular flow of low (and intermediate) $p_T$ hadrons in central Au+Au collisions at RHIC. The dijets are modeled as external sources in the energy-momentum conservation equations for hydrodynamics, which are solved on an event-by-event basis within the ideal fluid approximation. We focus our investigation at mid-rapidity and solve the hydrodynamic equations imposing boost invariance. Differential anisotropic flow coefficients for $p_T \gtrsim 1$ GeV are found to be significantly enhanced if the dijets deposit on average more than 12 GeV in the QGP (or more than 6 GeV per jet). Because this jet-induced extra anisotropic flow is not related to the fluctuations of the initial geometry of the collision, the correlation between the $v_2$ and $v_3$ coefficients and their corresponding eccentricities is considerably weakened. In addition, we argue that the extra amount of direct flow induced by dijets may be quantified by comparing the azimuthal dependence of dihadron correlations in dijet events with the corresponding quantity obtained in events without dijets. This comparison could be used to give a rough estimate of the magnitude of the effective coupling between the jets and the medium.

연구 동기 및 목표

• 디젯이 QGP에 에너지와 운동량을 침착함으로써 저-중간 $p_T$ 환류입자들의 직접, 타원형, 삼각형형 유량이 어떻게 수정되는지 조사한다.
• 디젯에 의한 비대칭 유량이 초기 상태 기하학으로부터 얼마나 분리되는지 평가하여, 유량 계수와 이완도 $\varepsilon_{m,n}$ 사이의 상관관계가 얼마나 약화되는지 평가한다.
• 디젯이 풍부한 이벤트와 풍부하지 않은 이벤트 집합에서의 디하드론 각도 상관관계 함수를 사용하여 효과적 디젯-매질 결합 강도를 추정하는 방법을 제안한다.
• 디젯 이벤트에서의 방위각 상관관계를 통해 디젯에 의한 직접 유량($v_1$)의 탐지 가능성과 그 크기 조절 방법을 탐색한다.

제안 방법

• 디젯을 이상 유체역학 에너지-운동량 보존 방정식 $D_ u T^{ ueta} = J^ u$ 내의 외부 4현재 소스 $J^ u$로 모델링한다.
• 비틀림 불변성과 횡방향 팽창을 가정하여 이벤트 별로 유체역학 방정식을 풀며, 매개변수화된 에너지 손실률 $dE/dl|_0$ 를 사용한다.
• 변동성이 있는 초기 조건을 가진 중심부 Au+Au 충돌을 $\sqrt{s_{NN}} = 200$ GeV 에서 $(0-5)\%$ 중심도 창에서 시뮬레이션한다.
• 이벤트 평면 방법을 사용하여 비대칭 유량 계수 $v_n$ 과 유량 각도 $\Psi_n$ 을 계산하고, 디젯이 있는지 없는지에 따라 결과를 비교한다.
• 디하드론 각도 상관관계 함수 $C(\Delta\phi)$ 와 배경 제거된 $R(\Delta\phi)$ 를 분석하여 디젯에 의한 유량 효과를 분리한다.
• 직접 유량의 부호와 구조를 해석하기 위해 단위 위상 차이 $\Delta_1 = \Psi_1^t - \Psi_1^a$ 를 사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 중심부의 RHIC Au+Au 충돌에서 디젯이 QGP에 에너지를 침착함으로써 저-중간 $p_T$ 환류입자들의 직접, 타원형, 삼각형형 유량은 어떻게 수정되는가?
• RQ2 디젯에 의한 비대칭 유량이 충돌의 初기 기하학으로부터 얼마나 분리되는가? 이로 인해 $v_n$ 과 해당 이완도 $\varepsilon_{m,n}$ 사이의 상관관계는 얼마나 약화되는가?
• RQ3 디하드론 각도 상관관계 함수를 사용하여 효과적 디젯-매질 결합 강도의 근사 추정치를 도출할 수 있는가?
• RQ4 직접 유량($v_1$)은 디하드론 상관관계에서 어떤 역할을 하는가? 그리고 관련 입자의 횡방향 운동량에 의해 어떻게 조절되는가?

주요 결과

• 디젯에 의한 비대칭 유량은 오직 중간 $p_T$ ($1 < p_T < 3$ GeV) 에서만 유의미해지며, QGP에 12 GeV 이상의 에너지가 침착될 경우 $v_2$ 와 $v_3$ 계수가 크게 증가한다.
• 디젯에 의한 유량이 初기 기하학과 독립적이므로, $v_2$ 와 $v_3$ 와 그에 해당하는 초기 이완도 $\varepsilon_{2}$ 와 $\varepsilon_{3}$ 사이의 상관관계가 상당히 약화된다.
• 디젯에 의한 직접 유량($v_1$)은 특히 디젯이 풍부한 집합에서 디하드론 상관관계 함수에서 명확하게 관측 가능하며, 계수 $c_1$ 의 부호는 관련 입자의 $p_T$ 범위에 따라 달라진다.
• 낮은 $p_T^a$ 관련 입자 ($p_T^a < 1$ GeV) 에서는 $\left<\cos\Delta_1\right> < 0$ 이므로, 반대측 피크가 강화된다($c_1 < 0$), 반면 중간 $p_T^a$ ($2 < p_T^a < 3$ GeV) 에서는 $\left<\cos\Delta_1\right> > 0$ 이므로, 가까운 측 피크가 강화된다($c_1 > 0$).
• $v_1$ 계수는 저 $p_T$ 에서는 양수이며, 중간 및 고 $p_T$ 에서는 음수이며, 이는 디하드론 상관관계에서 관측된 조절 양상과 일치한다.
• 디젯이 풍부한 집합과 풍부하지 않은 집합의 디하드론 상관관계를 비교하면, 특히 $v_1$ 의 거동를 통해 효과적 디젯-매질 결합 강도의 크기를 추정하는 데 유용한 방법이 된다.