[논문 리뷰] Search for the Chiral Magnetic Effect with charge-dependent azimuthal correlations in Xe-Xe collisions at $\sqrt{s_{\mathrm{NN}}} = 5.44$ TeV

Acharya, Shreyasi, Adamova, Dagmar외 1035명|arXiv (Cornell University)|2022. 10. 27.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 74인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 √sNN = 5.44 TeV에서의 Xe–Xe 충돌에서 케미컬 마그네틱 효과(CME)를 전하 의존성 아자이무탈 상관관계를 이용해 조사한다. ALICE 협동연구진은 다양한 전하 조합에 대해 삼중입자 상관관계 γαβ를 분석한 결과, CME 신호는 유의미하지 않으며, 중심부 Xe–Xe 충돌에서 CME 기여도는 95% 신뢰수준에서 ≤2%로 제한된다. 이는 지배적인 비-CME 배경 기여를 시사한다.

ABSTRACT

Charge-dependent two- and three-particle correlations measured in Xe–Xe collisions at $\sqrt{s_{NN}}=5.44$ TeV are presented. Results are obtained for charged particles in the pseudorapidity range |η|<0.8 and transverse momentum interval $0.2≤p_T<5.0$ GeV/c for different collision centralities. The three-particle correlator γαβ ≡ $\langle$cos⁡(φα+φβ−2Ψ$_2$)$ angle$, calculated for different combinations of charge sign α and β, is expected to be sensitive to the presence of the Chiral Magnetic Effect (CME). Its magnitude is similar to the one observed in Pb–Pb collisions in contrast to a smaller CME signal in Xe–Xe collisions than in Pb–Pb collisions predicted by Monte Carlo (MC) calculations including a magnetic field induced by the spectator protons. These observations point to a large non-CME contribution to the correlator. Furthermore, the charge dependence of $γαβ$ can be described by a blast wave model calculation that incorporates background effects and by the Anomalous Viscous Fluid Dynamics model with values of the CME signal consistent with zero. The Xe–Xe and Pb–Pb results are combined with the expected CME signal dependence on the system size from the MC calculations including a magnetic field to obtain the fraction of CME contribution in $γαβ, f_{CME}$. The CME fraction is compatible with zero for the 30% most central events in both systems and then becomes positive. This yields an upper limit of 2% (3%) and 25% (32%) at 95% (99.7%) confidence level for the CME signal contribution to γαβ in the 0–70% Xe–Xe and Pb–Pb collisions, respectively.

연구 동기 및 목표

• √sNN = 5.44 TeV에서 Xe–Xe 충돌에서 케미컬 마그네틱 효과(CME)를 탐색하기 위해.
• 유동 유도 상관관계와 같은 배경 기여에서 CME 신호를 분리하기 위해.
• 계산 크기 의존성 평가를 위해 Xe–Xe 충돌에서의 CME 기여도를 Pb–Pb 충돌과 비교하기 위해.
• 통합 데이터와 몬테카를로 시뮬레이션을 사용하여 삼중입자 상관관계 γαβ에서 CME 기여도 비율을 정량화하기 위해.

제안 방법

• |η| < 0.8 및 0.2 ≤ pT < 5.0 GeV/c 범위에서 전하 의존성 삼중입자 아자이무탈 상관관계 γαβ ≡ ⟨cos(ϕα + ϕβ − 2Ψ2)⟩ 를 측정한다.
• 반응면을 대체하기 위해 두 번째 조화 대칭 평면 각도 Ψ2를 사용하여 CME 민감도 상관관계를 추출한다.
• 다양한 전하 조합(++ , +− , −−) 간의 실험 γαβ 값 비교를 통해 전하 의존성 신호를 식별한다.
• 배경 기여를 기술하기 위해 블라스트 웨이브 및 비정상 점성 유체역학 모델을 적용한다.
• 자기장 효과를 포함한 몬테카를로 계산과 Xe–Xe 및 Pb–Pb 데이터를 통합하여 CME 비율 fCME를 추출한다.
• 통계적 방법을 사용하여 fCME의 95% 및 99.7% 신뢰수준에서 상한선을 설정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 5.44 TeV에서 Xe–Xe 충돌에서 케미컬 마그네틱 효과의 측정 가능한 신호가 존재하는가?
• RQ2 더 높은 에너지에서의 Pb–Pb 충돌과 비교해 Xe–Xe 충돌에서의 CME 신호는 어떻게 다른가?
• RQ3 유동 및 국소 전하 보존과 같은 배경 효과가 관측된 γαβ에 얼마나 기여하는가?
• RQ4 CME 신호 없이도 전하 의존성 γαβ 상관관계는 모델로 설명될 수 있는가?
• RQ5 중앙부 및 외곽부 Xe–Xe 충돌에서 γαβ에 대한 CME 기여도 비율의 상한선은 무엇인가?

주요 결과

• Xe–Xe 충돌에서 삼중입자 상관관계 γαβ의 크기는 2.76 TeV에서의 Pb–Pb 충돌에서 관측된 것과 유사하다.
• 관측된 γαβ의 전하 의존성은 블라스트 웨이브 및 비정상 점성 유체역학 모델을 포함한 모델에 의해 잘 기술된다.
• 30% 중심부 Xe–Xe 사건에서 CME 비율 fCME는 0과 일치한다.
• 중앙부 Xe–Xe 충돌에서 γαβ에 대한 CME 기여도 상한선은 95% 신뢰수준에서 2%, 99.7% 신뢰수준에서 3%이다.
• 0–70% 중심도 범위에서, Pb–Pb 충돌에서 fCME의 상한선은 95% 신뢰수준에서 25%, 99.7% 신뢰수준에서 32%이다.
• 결과는 상관관계에 대해 큰 비-CME 기여가 있음을 시사하며, 이는 배경 효과가 CME 신호를 지배한다는 것을 의미한다.