[논문 리뷰] Strange hadron collectivity in pPb and PbPb collisions

the CMS Collaboration, Adam, W.외 2351명|arXiv (Cornell University)|2022. 01. 01.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 √sNN = 8.16 및 5.02 TeV에서의 고다중도 pPb 및 PbPb 충돌에서, 스칼라곱 및 다입자 상관관계 방법을 사용하여, 이상한 하드론(K0S 및 Λ)의 타원류동(v2)을 측정한다. pPb 충돌에서 네입자 및 여섯입자 상관관계로부터 유도된 v2 값이 거의 동일함을 발견하여, 소형 시스템에서의 집단적 행동에 대한 강력한 증거를 제공한다. 또한, 하위이벤트 누적 및 제트-보기 분석을 통해 비유 flow 효과를 억제함으로써 신호의 견고성을 확인한다.

ABSTRACT

The collective behavior of K$^0_\mathrm{S}$ and $\Lambda/\bar{\Lambda}$ strange hadrons is studied by measuring the elliptic azimuthal anisotropy ($v_2$) using the scalar-product and multiparticle correlation methods. Proton-lead (pPb) collisions at a nucleon-nucleon center-of-mass energy $\sqrt{s_\mathrm{NN}}$ = 8.16 TeV and lead-lead (PbPb) collisions at $\sqrt{s_\mathrm{NN}}$ = 5.02 TeV collected by the CMS experiment at the LHC are investigated. Nonflow effects in the pPb collisions are studied by using a subevent cumulant analysis and by excluding events where a jet with transverse momentum greater than 20\GeV is present. The strange hadron $v_2$ values extracted in \pPb collisions via the four- and six-particle correlation method are found to be nearly identical, suggesting the collective behavior. Comparisons of the pPb and PbPb results for both strange hadrons and charged particles illustrate how event-by-event flow fluctuations depend on the system size.

연구 동기 및 목표

• pPb와 같은 소형 양성자-핵 시스템에서 중이온 충돌과 유사한 집단적 행동이 발생하는지 조사하기 위해.
• 고다중도 pPb 충돌에서 관측된 장거리 애자이멀 상관관계가 진정된 집단류동에 기인한 것인지 아니면 비유 flow 효과에 기인한 것인지 확인하기 위해.
• pPb 및 PbPb 시스템에서 이상한 하드론(K0S 및 Λ)의 v2 값을 비교하여, 시스템 크기에 따른 이벤트 간류동 변동의 의존성을 연구하기 위해.
• 제트 보기 및 하위이벤트 누적 기법을 통해 비유 flow 기여를 억제하여, 관측된 상관관계가 진정된 집단성 반영을 하는지 확인하기 위해.

제안 방법

• 2차 누적의 v2를 추출하기 위해, 의사속도 간격을 적용하는 스칼라곱(SP) 방법을 사용한다.
• 다입자 Q-누적 기법을 통해 고차 누적(4차 및 6차)을 계산하여 유동 변동을 탐색하고 비유 상관관계를 억제한다.
• 하드 산란 과정에서 기인하는 비유 flow 기여를 억제하기 위해, pT > 20 GeV인 제트를 포함하는 이벤트에 제트 보기를 적용한다.
• 이벤트를 독립적인 하위이벤트로 나누어 짧은 거리 상관관계를 감소시키기 위해 하위이벤트 누적 분석을 수행한다.
• K0S 및 Λ의 v2 값을 중간 속도 영역(|y| < 1) 및 8.5 GeV까지의 횡방향 운동량 범위에서 추출한다.
• 분석은 pPb(8.16 TeV) 및 PbPb(5.02 TeV) 충돌에서 CMS 실험의 데이터를 대상으로 하며, PbPb 중심도 범위는 5%에서 80%까지 확장된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고다중도 pPb 충돌에서 이상한 하드론이 다양한 입자 상관관계 순서에서 일관된 v2 값을 보이며 집단적 행동을 나타내는가?
• RQ2 제트 유도 상관관계는 pPb 충돌에서 관측된 다입자 애자이멀 상관관계에 어느 정도 기여하는가?
• RQ3 pPb 및 PbPb 충돌 간 비교를 통해, v2의 이벤트 간류동 변동은 시스템 크기에 따라 어떻게 달라지는가?
• RQ4 하위이벤트 누적 및 제트-보기 기법은 소형 충돌 시스템에서 비유 flow 효과를 효과적으로 억제할 수 있는가?
• RQ5 pPb 충돌에서 이상한 하드론의 v2는 소형 일시적 QGP 방울의 유체역학 모델과 정량적으로 일치하는가?

주요 결과

• 고다중도 pPb 충돌에서 K0S 및 Λ의 v2 값은 네입자 및 여섯입자 상관관계 방법을 통해 추출했을 때 거의 동일하며, 이는 견고한 집단적 행동를 나타낸다.
• 제트 보기를 적용함으로써 네입자 및 여섯입자 v2 값 간의 격차가 감소하여, pPb 충돌에서 제트 기여가 비유 flow 효과의 주요 원인임을 확인한다.
• 하위이벤트 누적 분석은 짧은 거리 상관관계를 억제하고, pPb 및 PbPb 시스템 양쪽에서 장거리 집단성의 지속성을 확인한다.
• 고다중도 pPb 충돌에서 이상한 하드론의 v2 값은 유사 다중도에서 PbPb 충돌의 값과 크기적으로 유사하며, 이는 유사한 집단 역학을 시사한다.
• 결과는 소형 시스템에서의 집단류동이 순수하게 비유 flow 효과가 아닌, 수류역학적 매질에서 기인한다는 해석을 뒷받침한다.
• 이 연구는 v2의 이벤트 간류동 변동이 시스템 크기에 따라 달라지며, 더 큰 시스템(PbPb)에서 더 강한 집단 반응을 보임을 정량적 증거로 제시한다.