[논문 리뷰] Multiplicity and event-scale dependent flow and jet fragmentation in pp collisions at $ \sqrt{s} $ = 13 TeV and in p–Pb collisions at $ \sqrt{s_{ extrm{NN}}} $ = 5.02 TeV

ALICE Collaboration, Adamova, Dagmar외 1061명|arXiv (Cornell University)|2023. 08. 31.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 124인용 수 2

한 줄 요약

이 연구는 13 및 5.02 TeV에서의 pp 및 p–Pb 충돌에서 고에너지에서의 유동 및 제트 분열을 이차 입자 각도 상관관계를 통해 조사한다. 저다중도 템플릿 피팅 방법을 적용하여 제트 유도 비유동 효과를 제거함으로써, 다중도 감소함에 따라 장거리 유동 신호가 감소하는 것으로 드러나며, 하드 프로브(제트 또는 주요 입자)를 선택한 경우에도 유동 계수에 유의미한 변화가 없음을 발견한다. 이는 현재의 유체역학 모델에 도전하며, 소형 시스템에서의 초기 조건 기술 향상의 필요성을 강조한다.

ABSTRACT

Long- and short-range correlations for pairs of charged particles are studied via two-particle angular correlations in pp collisions at $\sqrt{s}=13$ TeV and p$-$Pb collisions at $\sqrt{s_\mathrm{NN}} = 5.02$ TeV. The correlation functions are measured as a function of relative azimuthal angle $Δφ$ and pseudorapidity separation $Δη$ for pairs of primary charged particles within the pseudorapidity interval $|η| < 0.9$ and the transverse-momentum interval $1 < p_{ m T} < 4$ GeV/$c$. Flow coefficients are extracted for the long-range correlations ($1.6 < |Δη| <1.8$) in various high-multiplicity event classes using the low-multiplicity template fit method. The method is used to subtract the enhanced yield of away-side jet fragments in high-multiplicity events. These results show decreasing flow signals toward lower multiplicity events. Furthermore, the flow coefficients for events with hard probes, such as jets or leading particles, do not exhibit any significant changes compared to those obtained from high-multiplicity events without any specific event selection criteria. The results are compared with hydrodynamic-model calculations, and it is found that a better understanding of the initial conditions is necessary to describe the results, particularly for low-multiplicity events.

연구 동기 및 목표

• 고다중도 pp 및 p–Pb 충돌에서 장거리 상관관계의 기원을 규명하여, 기존의 열적화된 매질이 필요하다는 관념에 도전한다.
• 특히 소형 시스템에서 제트 분열에 기인한 비유동 기여와 같은 유동 유사 상관관계를 분리한다.
• 하드 프로브(제트 또는 주요 입자)의 존재가 관측된 유동 계수에 영향을 미치는지 평가하여 최종 상태 상호작용의 역할을 시험한다.
• 실험 결과가 유체역학 및 대안 모델 간의 일관성을 평가하며, 특히 저다중도 영역에서의 일관성을 검토한다.
• 특히 초기 조건에 관해 현재의 다단계 모델(CGC-EFT, 인과 유체역학 등)이 소형 시스템에서의 유동을 기술하는 데 가지는 한계를 규명한다.

제안 방법

• 주로 충돌에서 생성된 1 < pT < 4 GeV/c 범위의 1차 양성자 입자에 대해 |η| < 0.9 범위에서 상대적 원형각도(∆ϕ) 및 위상도 간격(∆η)에 대한 이차 입자 각도 상관관계를 측정한다.
• 고다중도 사건에서 강화된 반대측 제트 분열 수확을 제거하기 위해 저다중도 템플릿 피팅 방법을 적용하여 진정한 장거리 유동을 분리한다.
• 다양한 고다중도 사건 클래스에서 1.6 < |∆η| < 1.8 범위의 장거리 상관관계에 대해 유동 계수(v2)를 추출한다.
• 하드 프로브(제트 또는 주요 입자)가 있는 사건과 없는 사건의 유동 계수를 비교하여 그 영향을 평가한다.
• 다양한 다중도 클래스에서 유체역학 모델 계산과 비교하여 모델 성능을 평가한다.
• 전역 베이지안 분석을 사용하여 모델 파라미터를 제약하며, 소형 시스템에서의 초기 상태 및 운반 성질에 집중한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 pp 및 p–Pb 충돌에서의 장거리 유동 신호는 다중도에 따라 어떻게 달라지며, 다중도가 감소함에 따라 감소하는가?
• RQ2 고다중도 사건에서 제트 분열 기여(비유동 효과)가 관측된 유동 계수에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ3 하드 프로브(제트 또는 주요 입자)가 포함된 사건은 포함된 고다중도 사건과 비교해 유동 계수가 유의미하게 다를까?
• RQ4 현재의 유체역학 모델(CGC-EFT 및 인과 유체역학 포함)은 다중도 클래스 전반에서 관측된 유동 패턴을 정량적으로 기술할 수 있는가?
• RQ5 초기 상태의 불안정성과 조건은 특히 저다중도 사건에서 관측된 유동 유사 상관관계를 생성하는 데 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 장거리 유동 계수(v2)는 다중도가 낮아짐에 따라 유의미하게 감소하며, 이는 다중도 의존성의 집단성과 관련이 있음을 시사한다.
• 저다중도 템플릿 피팅 방법은 고다중도 사건에서 제트 유도 비유동 기여를 제거함으로써 진정한 유동 신호를 성공적으로 분리하였다.
• 제트 또는 주요 입자가 포함된 사건는 포함된 고다중도 사건과 비교해도 유동 계수에 유의미한 변화가 없음을 보여, 최종 상태 제트 효과가 관측된 집단성의 주요 원인이 아님을 시사한다.
• 유체역학 모델 계산은 데이터를 정량적으로 기술하지 못하며, 특히 저다중도 영역에서 그러한 경향이 두드러져 초기 조건 모델 향상의 필요성을 시사한다.
• 결과는 소형 시스템에서의 유체역학 기술의 보편성에 도전하며, 장거리 상관관계의 기원이 현재의 효과 이론로는 완전히 기술되지 않을 수 있음을 시사한다.
• 감소하는 다중도에 따른 유동 감소 및 하드 프로브 선택에 따른 변화 없음이라는 관측 결과는 현재 모델이 완전히 재현하지 못하는 초기 상태 불안정성과 최종 상태 역학 간의 복잡한 상호작용을 시사한다.