[论文解读] Directed and elliptic flow in heavy ion collisions at GSI-FAIR and CERN-SPS

Hannah Petersen, Qingfeng Li+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 17, 2006

High-Energy Particle Collisions Research被引用 5

一句话总结

本研究利用UrQMD输运模型，研究了CERN-SPS中Pb+Pb碰撞的定向（$v_1$）和椭圆（$v_2$）流，比较了多个束流能量和中心度下的实验数据。结果表明，在10A GeV以下，核势能是必不可少的；而在40A GeV以上，UrQMD模型低估了$v_2$，且无法再现‘反流’——即质子$v_1$中负的快度斜率——表明在约40A GeV附近可能存在夸克-胶子等离子体相变。

ABSTRACT

Recent data from the NA49 experiment on directed and elliptic flow for Pb+Pb reactions at CERN-SPS are compared to calculations with a hadron-string transport model, the Ultra-relativistic Quantum Molecular Dynamics (UrQMD) model. The rapidity and transverse momentum dependence of the directed and elliptic flow, i.e. $v_1$ and $v_2$, are investigated. The flow results are compared to data at three different centrality bins. Generally, a reasonable agreement between the data and the calculations is found. Furthermore, the energy excitation functions of $v_1$ and $v_2$ from $E_{\ m beam}=90A$ MeV to $E_{\ m cm}=200A$ GeV are explored within the UrQMD framework and discussed in the context of the available data. It is found that, in the energy regime below $E_{\ m beam}\\leq 10A$ GeV, the inclusion of nuclear potentials is necessary to describe the data. Above $40A$ GeV beam energy, the UrQMD model starts to underestimate the elliptic flow. Around the same energy the slope of the rapidity spectra of the proton directed flow develops negative values. This effect is known as the third flow component ("antiflow") and cannot be reproduced by the transport model. These differences can possibly be explained by assuming a phase transition from hadron gas to quark gluon plasma at about $40A$ GeV.

研究动机与目标

• 理解SPS能量下重离子碰撞中定向流与椭圆流的能量和中心度依赖性。
• 检验UrQMD输运模型在广泛能量范围内描述$v_1$和$v_2$的预测能力。
• 识别模型预测与实验数据之间的差异，这些差异可能标志向夸克-胶子等离子体相变的信号。
• 确定核势能在重现低能流数据中的作用。

提出的方法

• 利用超相对论量子分子动力学（UrQMD）输运模型，模拟从90A MeV到200A GeV束流能量的Pb+Pb碰撞。
• 将模拟得到的$v_1$和$v_2$值与三个中心度区间下的NA49实验数据进行比较。
• 分析$v_1$和$v_2$在快度和横动量依赖性上的表现，以评估模型性能。
• 研究$v_1$和$v_2$的能量激发函数，以识别与模型预测的偏离。
• 评估在低束流能量下，UrQMD中引入核势能的影响。
• 研究质子$v_1$中负快度斜率的出现，作为‘反流’的标志。

实验结果

研究问题

• RQ1 UrQMD模型在不同中心度下对SPS能量下Pb+Pb碰撞的定向流与椭圆流的描述能力如何？
• RQ2 在束流能量低于10A GeV时，核势能在准确建模流观测量中起什么作用？
• RQ3 UrQMD模型在何种束流能量下开始系统性地低估椭圆流？
• RQ4 为何质子定向流的快度谱在约40A GeV以上出现负斜率（反流）？UrQMD模型能否解释这一现象？
• RQ5 在约40A GeV附近观测到的流行为偏差是否可能表明发生了向夸克-胶子等离子体的相变？

主要发现

• 在束流能量高于10A GeV时，UrQMD模型对$v_1$和$v_2$数据的描述较为合理，尤其在中等中心度碰撞中。
• 在束流能量低于10A GeV时，UrQMD中必须引入核势能才能准确描述实验流数据。
• 在束流能量高于40A GeV时，UrQMD模型开始系统性地低估测量到的椭圆流（$v_2$）。
• 在40A GeV以上，质子定向流（$v_1$）的快度谱中出现负斜率，表明存在‘反流’现象。
• UrQMD输运模型无法再现反流效应，表明在此能量下强子描述可能已失效。
• 在约40A GeV附近观测到的偏差被解释为从强子气体向夸克-胶子等离子体相变的可能证据。