[論文レビュー] A `soft + hard' model for heavy-ion collisions

Károly Ürmössy, G. G. Barnaföldi+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 10, 2015

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 4被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、200 AGeVのAuAu衝突におけるハドロン生成を分離するために「ソフト＋ハード」モデルを提案する。このモデルは、ハード過程には微小なQCD（pQCD）を、ソフトな発生にはクォーク・グルーオンプラズマからの切断パワー則関数を組み合わせる。モデルは全中央度クラスにおける中性π粒子スペクトルをうまくフィットし、衝突中央度が高くなるにつれてソフト発生が熱的挙動に近づくことが示され、ハード発生はQCDの進化と整合するスケーリングを示す。

ABSTRACT

We describe the spectra of neutral pions stemming from AuAu collisions at $\sqrt s$ = 200 AGeV in a `soft + hard' model. The model is based on the assumptions that hadrons stemming from hard processes are described via perturbative quantum chromodynamics improved parton model calculations, while those stemming from the Quark-Gluon Plasma (we refer to as soft yields) can be described in a super-statistical model induced by multiplicity fluctuations. The obtained dependence of the parameters of the model on the event centrality is compared to what is observed in PbPb collisions at $\sqrt s$ = 2.76 ATeV.

研究の動機と目的

• 200 AGeVのAuAu衝突におけるソフトおよびハードハドロン発生を分離すること。pQCDは低pTで不成立である。
• 多重度のフラクチュエーションに基づくスーパースタティスティカルフレームワークを用いてソフト発生をモデル化し、切断パワー則分布を導出すること。
• LHCのPbPb衝突（√s = 2.76 ATeV）データと比較することで、ソフトハドロン挙動の普遍性を検証すること。
• pQCDを低pTに外挿する妥当性を評価する。2つのシナリオを比較：(i) 低pTで直接pQCDを適用する、(ii) 高pTデータにpQCDをフィットして外挿する。

提案手法

• 横断的運動量スペクトルは、ソフトおよびハード成分の和としてモデル化される：dN/(2πpT dpT dy) = f_hard + f_soft。
• ソフトおよびハード成分は、切断パワー則関数で記述される：f_i = A_i [1 + (q_i - 1)/T_i (γ_i(m_T - v_i p_T) - m)]^{-1/(q_i - 1)} ここで m = m_π⁰。
• ドップラー補正温度 T_i^Dopp は有効温度を近似するために用いられ、T_i^Dopp = T_i √[(1 + v_i)/(1 - v_i)] で与えられる。
• PHENIXが得たAuAu衝突におけるπ⁰スペクトルのデータを、中央度クラス全体にわたってフィットする。2つのシナリオを用いる：(i) 低pTで直接pQCDを適用、(ii) 高pTデータにpQCDをフィットし、外挿する。
• パラメータ q および T^Dopp は N_part（参加する核子数）の関数としてフィットされ、対数フィットを用いる：q_i = q_{2,i} + μ_i ln(N_part/2)，T^Dopp_i = T_{1,i} + τ_i ln(N_part)。
• ソフト発生は、負の二項分布による多重度のフラクチュエーションに起因すると解釈され、スーパースタティスティクスを介して切断パワー則に至る。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 RHICにおけるAuAu衝突（√s = 200 AGeV）で、多重度のフラクチュエーションを含むスーパースタティスティカルモデルが、ソフトハドロン発生を正確に記述できるか？
• RQ2 200 AGeVのAuAu衝突におけるイベント中央度（N_part）に伴い、ソフトおよびハード成分のパラメータはどのように変化するか？
• RQ3 pQCDによるハード発生の予測は、低横断的運動量（pT ≤ 6 GeV/c）でも有効か、それとも現象論的外挿が必要か？
• RQ4 RHIC（AuAu、√s = 200 AGeV）とLHC（PbPb、√s = 2.76 ATeV）のデータにおける、ソフトおよびハード成分のフィットパラメータはどのように比較できるか？
• RQ5 ソフト発生パラメータ q は中央度やエネルギーが増加するにつれて1に近づき、熱的平衡への遷移を示唆するか？

主な発見

• ソフト発生パラメータ q_soft と T^Dopp_soft は中央度が高くなるにつれて増加し、中央衝突ではより高温で非拡張的（non-extensive）な系であることを示唆する。
• フィットされた T^Dopp_soft 値は、165 MeV（PHENIX）、266 MeV（ALICE）、310 MeV（CMS）の周辺に散らばっており、流れ補正を施した場合、QGP転移温度（約170 MeV）付近の熱的源と整合的である。
• q_soft パラメータは中央度が高くなるにつれて1.07に近づき、多重度のフラクチュエーションが減少するにつれてより熱的挙動に近づく傾向を示唆する。
• pQCDに基づく外挿シナリオ（ii）では、ソフト発生分布はほぼ指数関数的になる。これは、pQCDが低pTで有効であれば、ソフトハドロンは熱的である可能性を支持する。
• ハード発生パラメータ q_hard は √s が増加するにつれて増加し、T_hard / √s は減少する。これは[3]で観測されたQCDスケーリング行動と整合的である。
• PHENIX（AuAu、√s = 200 AGeV）のモデルパラメータは、ALICEおよびCMS（PbPb、√s = 2.76 ATeV）のデータと良い定性的一致を示し、エネルギーに跨るソフトハドロン挙動の普遍性を示唆する。