[论文解读] Azimuthal anisotropies in p+Pb collisions from classical Yang-Mills dynamics

Björn Schenke, Sören Schlichting+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 4, 2015

High-Energy Particle Collisions Research被引用 12

一句话总结

该论文利用经典杨-米尔斯（CYM）模拟研究了p+Pb碰撞中的初始态方位角各向异性的起源，表明胶子在碰撞后立即因色场区域中事件相关的旋转对称性破缺而发展出显著的$v_2(p_T)$，而$v_3(p_T)$则在$\tau \lesssim 0.4$ fm/c内动态生成。相比之下，Pb+Pb碰撞中初始各向异性较弱，这是由于存在更多不相关的色场区域，表明在大系统中终态效应占主导地位。

ABSTRACT

We compute single and double inclusive gluon distributions in classical Yang-Mills simulations of proton-lead collisions and extract the associated transverse momentum dependent Fourier harmonics $v_2(p_T)$ and $v_3(p_T)$. Gluons have a large $v_2$ in the initial state, while odd harmonics such as $v_3$ vanish identically at the initial time $\ au=0^{+}$. By the time $\ au \\lesssim 0.4\\,{\ m fm/c}$ final state effects in the classical Yang-Mills evolution generate a non-zero $v_{3}$ and only mildly modify the gluon $v_{2}$. Unlike hydrodynamic flow, these momentum space anisotropies are uncorrelated with the global spatial anisotropy of the collision. A principal ingredient for the generation of $v_2$ and $v_3$ in this framework is the event-by-event breaking of rotational invariance in domains the size of the inverse of the saturation scale $Q_s$. In contrast to our findings in p+Pb collisions Yang-Mills simulations of lead-lead collisions generate much smaller values of $v_{2,3} (p_T)$ and additional collective flow effects are needed to explain experimental data. This is because the locally generated anisotropy due to the breaking of rotational invariance is depleted with the increase in the number of uncorrelated domains.

研究动机与目标

• 研究高多重度p+Pb碰撞中方位角各向异性$v_2(p_T)$和$v_3(p_T)$的起源，超越终态流体动力学模型。
• 确定初始态效应，特别是色场中事件相关的旋转对称性破缺，是否能在小系统中产生显著的动量空间各向异性。
• 通过分析CYM模拟中的胶子分布，比较p+Pb与Pb+Pb碰撞中初始态与终态动力学的相对重要性。
• 评估p+Pb碰撞中观测到的脊结构是否可由初始态关联解释，而无需引入终态集体流。

提出的方法

• 通过数值求解经典杨-米尔斯（CYM）方程，模拟高能质子-铅和铅-铅碰撞的早期动力学。
• 将质子和原子核建模为高胶子占据密度的系统，初始条件源自色玻璃凝聚框架。
• 计算单个和双重包含胶子分布，以提取与横动量相关的傅里叶谐波$v_2(p_T)$和$v_3(p_T)$。
• 从$\tau = 0^+$追踪各向异性的演化至$\tau \lesssim 0.4$ fm/c，以评估非平衡动力学的作用。
• 通过比较不同碰撞参数下p+Pb与Pb+Pb碰撞的结果，分析空间各向异性和区域相关性的影响。
• 通过考察局域色场区域的数量和相关性，量化事件相关的旋转不变性破缺的作用。

实验结果

研究问题

• RQ1 在p+Pb碰撞中，初始态动力学是否能在不依赖终态集体流的情况下产生显著的$v_2(p_T)$和$v_3(p_T)$？
• RQ2 观测到的$v_3(p_T)$在多大程度上是由早期非平衡杨-米尔斯动力学而非流体动力学流产生的？
• RQ3 尽管最终态多重度相似，为何Pb+Pb碰撞中的初始态各向异性远小于p+Pb碰撞？
• RQ4 局域色场区域的数量和相关性如何影响不同碰撞系统中$v_2$和$v_3$的大小？

主要发现

• 在p+Pb碰撞中，胶子在$\tau = 0^+$时表现出大的初始$v_2(p_T)$，表明$v_2$主要由事件相关的旋转对称性破缺在初始态生成。
• $v_3(p_T)$在$\tau = 0^+$时精确为零，但在$\tau \lesssim 0.4$ fm/c内显著增长，表明其具有动力学起源。
• 初始的$v_2$和$v_3$与碰撞的整体空间各向异性无关，这使其与流体动力学流各向异性区分开来。
• 在Pb+Pb碰撞中，初始$v_2$和$v_3$远小于p+Pb碰撞，这是由于存在更多不相关的色场区域，从而抑制了动量空间各向异性。
• 在p+Pb碰撞中，初始态各向异性主要由少数相关区域主导；而在Pb+Pb碰撞中，不相关区域数量的增加导致胶子谱接近各向同性。
• 这些结果表明，在p+Pb碰撞中初始态效应不可忽略，必须包含在理论模型中；而在$ p_T \leq 2$ GeV范围内，Pb+Pb碰撞中终态效应占主导地位。