[논문 리뷰] Polarized secondary particles in unpolarized high energy hadron-hadron collisions?

S. A. Voloshin|ArXiv.org|2004. 10. 21.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 45

한 줄 요약

이 논문은 비극화된 고에너지 하드론-하드론 충돌에서 궤도 운동량이 스핀 운동량으로 전환되어 중간 빠르기($x_F=0$) 및 낮은 횡방향 운동량에서 2차 입자의 비제로 초구형 극화를 유도할 수 있음을 제안한다. 이 효과는 초기 궤도 운동량으로 정의된 반응 평면과 입자 생성 평면 간의 상관관계에 기인하며, $p+p$ 충돌에서 정방향 및 타원형 유동의 메커니즘을 제공하고 라이크(RHIC)에서 관측된 강한 타원형 유동을 설명할 수 있다.

ABSTRACT

In this short note I speculate on some consequences of the high energy collision picture in which the orbital angular momentum of the colliding hadrons can be converted into secondary particle angular spin momentum via some spin-orbital interaction. In particular I discuss a possibility to observe a non-zero polarization of secondary particles (e.g. hyperons) at midrapidity ($x_F=0$) and at low transverse momentum. I also speculate that such effects could contribute to the produced particle directed and elliptic flow observed in relativistic nuclear collisions.

연구 동기 및 목표

• 비극화된 하드론-하드론 충돌에서 궤도 운동량에서 스핀 운동량으로의 전환에 의해 2차 입자의 극화 가능성 탐색.
• 초기 빔 극화가 필요 없이 중간 빠르기 및 낮은 $p_T$에서 관측된 초구형 극화를 설명.
• $p+p$ 및 $A+A$ 충돌에서 단일 스핀 비대칭성과 정방향/타원형 유동을 동일한 기본적인 스핀-궤도 결합 메커니즘과 연결.
• 초기 궤도 운동량과 정렬된 초구형 극화로 인해 파리티 위반 탐색에서 혼동이 발생할 수 있는 문제 해결.

제안 방법

• 충돌하는 하드론의 초기 궤도 운동량으로 정의된 반응 평면을 도입하며, 비중앙핵 충돌과 유사하게 다룬다.
• 스핀-궤도 결합을 가정하여 이 반응 평면에 대해 입자 생성 및 극화를 모델링한다.
• 앞서 빠르기 입자들의 애자이멀 분포를 이용해 초기 궤도 운동량의 방향을 유추한다.
• 횡방향 운동량 효과로 인한 생성 평면과 반응 평면 간의 이탈로 인해 관측된 초구형 극화를 연결한다.
• 벡터 공명체(예: $\rho$)의 붕괴 각도 분포를 분석하여 공명체의 정지 프레임에서 $\propto \cos(2\phi)$ 의존성과 타원형 유동을 연결한다.
• 상호작용에 의한 파리티 위반 붕괴 효과로 인해 진정한 파리티 위반 신호가 가려질 수 있는 상황을 고려한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비극화된 $p+p$ 충돌에서 궤도 운동량이 중간 빠르기에서 측정 가능한 초구형 극화를 유도할 수 있는가?
• RQ2 관측된 초구형 극화의 $x_F$ 및 $p_T$ 의존성은 진정으로 극화 손실 때문이 아니라 생성 평면과 반응 평면 간의 이탈 때문인가?
• RQ3 기본적인 $p+p$ 충돌에서의 스핀-궤도 결합이 $A+A$ 충돌에서 관측된 정방향 및 타원형 유동을 설명할 수 있는가?
• RQ4 초구형 극화가 시스템의 궤도 운동량과 정렬됨으로써 중간 빠르기에서의 파리티 위반 탐색에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 비극화된 $p+p$ 충돌에서 스핀-궤도 결합으로 인해 중간 빠르기($x_F=0$) 및 낮은 횡방향 운동량에서 비제로의 초구형 극화가 예측된다.
• 관측된 초구형 극화의 $x_F$ 및 $p_T$ 의존성은 초기 궤도 운동량으로 정의된 반응 평면과 생성 평면 간의 상관관계 감소로 인한 것이며, 본질적 극화 손실 때문이 아니다.
• 중간 빠르기에서 생성된 벡터 공명체는 초기 궤도 운동량과 스핀이 정렬되어 있으며, 이로 인해 붕괴 제품에서 $\propto \cos(2\phi)$ 의 각도 분포를 보이며 타원형 유동에 기여한다.
• 이 메커니즘은 라이크(RHIC)에서 관측된 강한 타원형 유동을 설명할 수 있으며, 특히 다른 모델이 실패하는 $p_T \sim 3$ GeV/c 에서 유의미하다.
• 초구형 극화가 시스템의 궤도 운동량과 정렬됨으로써 $A+A$ 충돌에서 진정한 파리티 위반 신호가 궤도 운동량 방향으로의 선호적 방출로 인해 가려질 수 있다.
• 앞서 빠르기 입자들의 애자이멀 분포를 이용한 이벤트별 분석을 통해 반응 평면을 재구성하고 진정한 극화 신호를 분리할 수 있다.