[논문 리뷰] Can hyperon/meson ratios in rare high multiplicity pp collisions at Large Hadron Collider energies provide signatures of mini-quark-gluon plasma formation?

V. Topor Pop, M. Gyulassy외 3명|arXiv (Cornell University)|2012. 03. 29.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 2

한 줄 요약

이 연구는 √s = 7 TeV에서 고다양성 양성자-양성자 충돌을 시뮬레이션하기 위해 HIJING/BB v2.0 모델을 사용하여, 강한 종방향 색장에 의해 모의되는 증가된 스트링 장력(κ)이 하이퍼온/메손 비율을 설명할 수 있는지 조사한다. κ를 최소편향 조건에서 2 GeV/fm에서 고다양성 사건에서 5 GeV/fm로 증가시킬 경우, (다중)이상한 바리온/메손 비율에 상당한 증가가 예측되며, 이는 p+p 충돌에서 미니-쿼크-글루온 플라즈마 형성의 가능성을 시사한다.

ABSTRACT

We use the framework of the HIJING/BB v2.0 model to simulate high-multiplicity (HM) $p+p$ collision events at the Large Hadron Collider (LHC) to study observables sensitive to possible collective phenomena, such as strong longitudinal color fields (SLCF) modeled by an enhanced string tension ($\kappa$). We focus on the hyperon/meson yield ratios at center-of-mass (c.m.) energy $\sqrt{s}$ = 7 TeV, in the transverse momentum region, $1 < p_T < 4 $ GeV/{\it c}. For minimum bias events these ratios are well described assuming an energy dependence $\kappa = \kappa(s)= \kappa_{0} (s/s_{0})^{0.04} { m GeV/fm}$ ($\kappa_{0}$= 1 GeV/fm), giving a value $\kappa = 2$ GeV/fm at $\sqrt{s}$ = 7 TeV. We compare minimum bias (MB) events to simulated HM events assuming that $\kappa(MB)=2$ GeV/fm could grow to an extreme value of $\kappa(HM)=5$ GeV/fm that saturates the strangeness suppression factor. With this assumption the model predicts a very strong enhancement of (multi)strange baryon/meson ratios in HM events. If observed, such an enhancement could be also interpreted as a possible signature for formation in HM $p+p$ collision events of a deconfined but out of local thermal equilibrium {\em mini quark-gluon plasma} (mQGP).

연구 동기 및 목표

• LHC 에너지에서 고다양성 pp 충돌이 일반적으로 쿼크-글루온 플라즈마와 관련된 집단 현상의 서명을 나타낼 수 있는지 탐색한다.
• HIJING/BB v2.0 모델에서 증가된 스트링 장력(κ)이 강한 종방향 색장을 모의하고 하이퍼온/메손 수확 비율에 영향을 줄 수 있는지 평가한다.
• 고다양성 사건에서 κ의 극단적 값이 (다중)이상한 바리온/메손 비율에 관측 가능한 증가를 초래하는지 확인한다.
• 그러한 증가가 p+p 충돌에서 타임리프, 분리된, 비열적 미니-쿼크-글루온 플라즈마 상태 형성의 증거로 해석될 수 있는지 평가한다.

제안 방법

• √s = 7 TeV에서 고다양성 pp 충돌을 HIJING/BB v2.0 이벤트 생성기로 시뮬레이션한다.
• 에너지 의존성 스트링 장력 κ(s) = κ₀(s/s₀)^0.04를 구현하며, κ₀ = 1 GeV/fm로 설정하여 √s = 7 TeV에서 κ = 2 GeV/fm를 얻는다.
• 다양성 충돌에서 더 높은 κ 값(5 GeV/fm)을 가정하여, 이상성 억제의 포화를 모의한다.
• 다양한 κ 값에서 최소편향 및 고다양성 사건 간의 하이퍼온/메손 수확 비율을 비교한다.
• 비율 분석을 위해 1 < pT < 4 GeV/c 영역에 집중한다.
• 모델을 사용하여 극단적 κ 값이 미니-쿼크-글루온 플라즈마의 서명으로서 증가된 (다중)이상한 바리온/메손 비율을 재현할 수 있는지 테스트한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 √s = 7 TeV에서 고다양성 pp 충돌에서 증가된 스트링 장력이 관측된 하이퍼온/메손 수확 비율을 재현할 수 있는가?
• RQ2 고다양성 사건에서 스트링 장력을 2 GeV/fm에서 5 GeV/fm로 증가시키면 (다중)이상한 바리온/메손 비율에 상당한 증가가 발생하는가?
• RQ3 그러한 증가가 p+p 충돌에서 일시적이고 분리된, 비열적 미니-쿼크-글루온 플라즈마 상태 형성의 증거로 해석될 수 있는가?
• RQ4 에너지 의존성 스트링 장력 모델(κ(s))이 고다양성 pp 이벤트에서 관측된 동역학을 어느 정도 잘 묘사하는가?
• RQ5 고다양성 사건에서 이상성 억제의 포화가 미니-쿼크-글루온 플라즈마 형성과 일치하는가?

주요 결과

• κ = 2 GeV/fm일 때 모델은 √s = 7 TeV에서 최소편향 하이퍼온/메손 비율을 잘 재현하며, 이는 에너지 의존성 스케일링 κ(s) = κ₀(s/s₀)^0.04와 일치한다.
• 고다양성 사건에서 스트링 장력을 κ = 5 GeV/fm로 극단적으로 증가시키면 (다중)이상한 바리온/메손 비율에 강한 증가가 발생한다.
• 고-κ 조건 하에서 예측된 (다중)이상한 바리온/메손 비율의 증가는 최소편향 행동과 상당히 다름을 보이며, 뚜렷한 차이를 보인다.
• 이 증가는 고다양성 p+p 충돌에서 분리된, 비열적 평형 상태의 미니-쿼크-글루온 플라즈마 형성의 가능성을 시사하는 서명으로 해석된다.
• 결과는 이러한 서명이 1 < pT < 4 GeV/c 범위에서 관측 가능할 수 있으며, LHC 실험에 대한 검증 가능한 예측을 제공한다.
• 이 연구는 증가된 스트링 장력과 소계통에서의 집단 현상 및 분리 신호를 연결하는 이론적 프레임워크를 제공한다.