[논문 리뷰] Thermal and hard scales in transverse momentum distributions, fluctuations and entanglement

Xabier Feal, C. Pajares외 1명|arXiv (Cornell University)|2020. 12. 04.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 52인용 수 12

한 줄 요약

이 논문은 고에너지 충돌에서의 효과적 열온도가 딱딱한 척도(UV 절단)와 그의 변동성 간의 상호작용에서 기인하며, pp, pPb, XeXe 및 PbPb 시스템 전반에 걸쳐 횡방향 운동량 스펙트럼을 통합함을 제안한다. 연구는 보편적인 선형 관계 Tth ≈ Th/(k+1)를 발견하였으며, 이는 k가 힘의 법칙 붕괴 파arameter인 바, 다양한 에너지와 중심도에서 뛰어난 일치를 보이며, 소형 및 대형 시스템 모두에서 얽힘과 쿠엔트 동역학이 열화 과정을 지배함을 시사한다.

ABSTRACT

We analyze the transverse momentum distributions of pp, pPb, XeXe and PbPb collisions at different RHIC and LHC energies and centralities as well as the corresponding distributions for Higgs production decaying into $\gamma\gamma$ and 4l. A simple linear relation is found between the effective thermal temperature and the hard scale, approximately valid for all processes and mainly determined by the hard scale fluctuations. In order to go further, it is shown that the whole spectrum of pp collisions can be described by a single function showing that the thermal temperature is determined solely by the hard scale and its fluctuations. The possible relation between the multiplicities of the soft and hard scales is explored.

연구 동기 및 목표

• 작은 시스템, 예를 들어 pp 충돌에서 관측되는 효과적 열거동의 기원을 이해하기 위해.
• 다양한 충돌 시스템에서 효과적 열온도 Tth와 딱딱한 척도 Th 간의 관계를 탐색하기 위해.
• 열스펙트럼이 양자장에서의 얽힘과 쿠엔트 동역학에서 기인하는지 테스트하기 위해.
• 다양한 에너지와 중심도에서 Tth와 쿠엔트된 딱딱한 척도 Th/(k+1) 간의 보편적 관계를 수립하기 위해.
• 파트온 수의 변동성이 효과적 온도를 결정하는 데 미치는 영향을 조사하기 위해.

제안 방법

• 횡방향 운동량 분포(TMD)를 지수함수와 힘의 법칙 붕괴 함수의 조합을 사용하여 피팅: dN/dp⊥ ∝ A_te^{-m⊥/Tth} + A_h(1 + m⊥^2/kT_h^2)^{-k}.
• RHIC 및 LHC에서의 pp, pPb, XeXe, PbPb 및 힉스 붕괴 데이터로부터 Tth, Th, k를 추출한다.
• 다양한 충돌 에너지와 다중도에서 Tth와 쿠엔트된 딱딱한 척도 Th/(k+1) 간의 관계를 분석한다.
• 얽힘 형식론을 사용: 초기 상태 |Ψ⟩ = Σn αn |ΨH_n⟩ ⊗ |ΨS_n⟩ 는 감소된 밀도 행렬 ρH = Σn |αn|2 |ΨH_n⟩⟨ΨH_n| 를 유도하며, 여기서 |αn|2 = pn 은 파르톤 수의 변동성을 나타낸다.
• τ ∼ 1/p⊥ 에서의 급격한 쿠엔트가 Th와 그의 변동성에 의해 결정되는 효과적 온도 Tth 를 갖는 고도로 자극된 상태를 생성한다고 모델링한다.
• 다양한 시스템 간의 결과 비교를 통해 Tth ≈ Th/(k+1) 관계의 보편성을 테스트한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고에너지 충돌에서의 효과적 열온도 Tth 는 딱딱한 척도 Th 와 그의 변동성과 보편적으로 관련되어 있는가?
• RQ2 관계 Tth ≈ Th/(k+1) 는 pp, pPb, XeXe, PbPb 등 다양한 시스템과 에너지에서 성립하는가?
• RQ3 Th 와 그의 변동성에 기반한 단일 함수로 전체 pp 횡방향 운동량 스펙트럼을 기술할 수 있는가?
• RQ4 파트온 수의 변동성(pn) 이 관측된 열거동에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 소형 시스템에서 관측된 열화는 양자장 이론에서의 얽힘과 쿠엔트 동역학으로 설명될 수 있는가?

주요 결과

• Tth ≈ Th/(k+1) 의 보편적 관계는 모든 에너지와 중심도에서 pp, pPb, XeXe 및 PbPb 충돌 전반에 걸쳐 발견되었으며, 매우 낮은 다중도의 pp 이벤트를 제외한 모든 경우에서 뛰어난 일치를 보였다.
• √s = 13 TeV 에서의 pp 충돌에서 Tth = 0.181 GeV 이고 Th/(k+1) = 0.181 GeV 로서 정확한 일치를 보였다.
• √s = 5.02 TeV 에서의 pPb 충돌에서 Tth = 0.156 GeV 이고 Th/(k+1) = 0.156 GeV 로서 관계를 확인하였다.
• γγ 및 4l 붕괴에 대한 힉스 붕괴에서 Tth = 3.5 ± 0.7 GeV 이고 Th/(k+1) = 3.1 ± 0.4 GeV 로서 오차 범위 내 일치를 보였다.
• 효과적 온도 Tth 는 딱딱한 척도 Th 와 파르톤 수의 정규화된 변동성에 의해 유일하게 결정되며, 얽힘 쿠엔트 모델이 예측한 그대로였다.
• RHIC에서 LHC 에 이르기까지의 전체 pp p⊥ 스펙트럼은 Th 와 그의 변동성에 기반한 단일 보편 함수로 잘 기술되었다.