[논문 리뷰] Onset of "ridge phenomenon" in AA and pp collisions and percolation string model

O. Kochebina, Г. Феофилов|arXiv (Cornell University)|2010. 12. 01.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 AA 및 pp 충돌에서 저운동량 가까이쪽 리지의 발생 원인이 색 끈의 융합에 의한 고체상태 집합체 형성 단계 전이로 기인한다고 제안한다. 겹치는 색 끈이 거대한 클러스터를 형성하며, 횡방향 입자 밀도를 통일된 스케일링 변수로 사용하여, RHIC 에너지 범위에서 일관되게 $ \tilde{\rho} \approx 2.6 \pm 0.2$ GeV/fm²의 임계 임계값을 식별한다. 이 값을 LHC 에너지로 외삽하여, $ \sqrt{s} \gtrsim 65$ GeV에서 pp 충돌에서 리지 유사 상관관계가 발생할 것으로 예측한다.

ABSTRACT

Detailed study of centrality dependence of low-p_t manifestation of so-called "near-side ridge" phenomenon is reported recently by STAR for all charged hadrons with p_t>0.15 GeV/c from AuAu collisions at 62 and 200 GeV at RHIC[1]. It is indicating the existence of the energy-dependent centrality point where some sudden changes in the correlation pattern are observed. In the present work we use the hypothesis of string percolation phase transition for the description of the onset of this ridge. One may assume that the formation of rather large "macroscopic" clusters composed of several overlapped strings extended in rapidity and localized in azimuth could be one of the possible processes leading to the observed phenomenon. This onset is characterized by some definite ("critical") number of participating nucleons. We use also another physical quantity, transverse particle density, to characterize this threshold behavior, this variable brings the transition points for two energies to coincidence [1]. So parameters of the percolation model are defined at these critical points. Also we use results of our previous calculations[2] for energy of collision 17.3 GeV based on observed threshold of anomalous suppression of J/psi. Obtained parameters are extrapolated to AA and pp collisions for energies over the range 17.3 GeV - 7000 GeV.

연구 동기 및 목표

• RHIC에서 AuAu 충돌의 저-$p_t$ 근처쪽 리지 발생을 끈 융합 모델의 단계 전이로 설명하는 것.
• 다양한 충돌 에너지에서 전이점들을 통합하기 위해 횡방향 입자 밀도 ($ \tilde{\rho}$)를 통일된 스케일링 변수로 식별하는 것.
• 퍼콜레이션 모델을 pp 충돌에 확장하여 고에너지에서 장거리 상관관계의 발생 시점을 예측하는 것.
• 실험 데이터와 이론적 파rametrization를 사용하여 AA 및 pp 시스템에서 끈의 수와 임계 끈 밀도 ($ \tilde{\eta}^{\text{crit}}$)를 추정하는 것.

제안 방법

• 겹치는 색 끈이 고밀도에서 거대한 클러스터를 형성하는 끈 융합 모델의 사용으로, 새로운 입자 방출원이 생성된다.
• 무차원 퍼콜레이션 매개변수 $\tilde{\eta} = \frac{\pi r_0^2 N_{\text{str}}}{\langle S \rangle}$의 정의로, $r_0$는 끈의 반경이고 $\langle S \rangle$는 겹침 면적이다.
• STAR의 $AuAu$ 충돌 데이터($\sqrt{s} = 62$ 및 200 GeV)를 사용하여 모델 캘리브레이션을 수행하며, 리지 폭과 진폭의 중심성 의존성을 중점적으로 분석한다.
• 모든 에너지에서 임계점들을 일치시키기 위해 횡방향 입자 밀도 $\tilde{\rho} = \frac{3}{2} \frac{dN_{\text{ch}}/dy}{\langle S \rangle}$를 통일된 스케일링 변수로 사용한다.
• J/\psi 억제 임계값 기반으로 $\sqrt{s} = 17.3$ GeV에서의 모델 매개변수를 고에너지로 외삽하며, LHC $pp$ 및 PbPb 포함.
• 실험적 $dN_{\text{ch}}/d\eta$ 데이터와 $1~\text{fm}^2$의 가정된 상호작용 면적을 사용하여 $pp$ 충돌에서 끈의 수와 밀도를 추정하고, 다중포멘론 모델과 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 AuAu 충돌에서 특정 중심성에서 리지 구조가 급격히 변화하는 데 배경이 되는 물리적 메커니즘은 무엇인가?
• RQ2 리지 현상의 발생이 다양한 충돌 에너지에서 통일된 스케일링 변수로 기술될 수 있는가?
• RQ3 퍼콜레이션 전이가 발생하는 데 필요한 끈 밀도는 얼마이며, 이는 관측 가능한 리지 특성과 어떻게 관련되는가?
• RQ4 끈 융합 모델은 RHIC 및 LHC 에너지에서 $pp$ 충돌의 장거리 상관관계 발생을 예측할 수 있는가?
• RQ5 고에너지에서 $pp$ 충돌의 끈 수와 그 겹침 정도는 AA 시스템과 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 리지 발생의 임계 횡방향 입자 밀도는 $\tilde{\rho}^{\text{crit}} = 2.6 \pm 0.2$ GeV/fm²이며, 이는 $\sqrt{s} = 62$ 및 200 GeV에서 전이점을 통합한다.
• 모델은 $\sqrt{s} = 2.76$ TeV에서 PbPb 충돌의 모든 중심성 범위에서 리지 현상이 관측 가능할 것으로 예측하며, 이 경우 $\tilde{\rho} \approx 8.3$ GeV/fm²이다.
• $\sqrt{s} = 7$ TeV에서 $pp$ 충돌의 경우 추정된 끈 밀도 $\tilde{\eta} \approx 5$는 강한 겹침을 시사하며, 이는 융합 및 장거리 상관관계의 가능성을 시사한다.
• $\sqrt{s} = 7$ TeV에서 $pp$ 충돌의 끈 수는 $30 \pm 12$로 추정되며, 독립적인 다중포멘론 모델 추정치와 일치한다.
• 임계점 이후 $\tilde{ρ}$ 대 $\tilde{η}$ 그래프에서 선형 행동에서 벗어남은 끈 융합에 의한 새로운 입자 방출원의 출현 때문으로 기인된다.
• 모델은 외부 추정치와 양호한 일치를 보이며, $\tilde{\rho}$가 통일된 스케일링 변수로 사용될 수 있음을 검증하고, 퍼콜레이션 가설을 지지한다.