[論文レビュー] Elliptic Flow and Semi-hard Scattering at SPS

J.P. Wurm, J. Bielčíková|ArXiv.org|Jul 20, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、SPSにおける158 A GeV Pb-Au衝突でのCERES/NA45による楕円性流れ（$v_2$）および二粒子アゼイムス相関の測定を報告する。これにより、中程度のCronin効果の増幅と、$p_T$に伴う$v_2$の上昇が観測され、2 GeV/$c$近辺で飽和する。流体力学的挙動に類似しているが、$v_2$は理想流体力学的予測よりも著しく低い。また、半硬化的パートオン散乱に起因する非フロー成分が二発粒子相関に顕著に現れ、SPSエネルギーでもジェット遮断効果が観測されることが示唆される。

ABSTRACT

Results on elliptic flow and two-particle correlations in the semi-hard regime are presented.

研究の動機と目的

• SPSエネルギーにおける半硬化的過程における楕円性流れの起源を調査し、特にそれが集団的流体力学的挙動に起因するのか、それともパートオン散乱に起因するのかを明らかにすること。
• \sqrt{s} = 17.3$ GeVにおける中心的 Pb-Au 衝突におけるCronin増幅およびパートオンエネルギー損失の程度を特定すること。
• 高 $p_T$ における二粒子アゼイムス相関において、流れに起因する相関と非フロー効果を分離すること。
• ジェット遮断およびパートオンエネルギー損失が、RHICよりも低い衝突エネルギーであるSPSエネルギーでも既に発現しているかどうかを評価すること。
• 中心性依存性を考慮した半硬化的二発粒子相関を、流体力学的およびパートオンモデルの予測と比較すること。

提案手法

• 磁場による偏光を用いた磁気的偏光測定を伴う二重チェレンコフリング像式分光器およびSiドリフト望遠鏡を用いて、荷電ハドロンおよびパイオンの不変 $p_T$ スペクトルを測定した。
• 二進衝突数（$n_{\text{coll$）で正規化した中央衝突と外縁衝突のスペクトル比 $R_{CP}(p_T)$ を計算し、Cronin増幅または抑制の有無を評価した。
• イベントごとの粒子アゼイムス分布から $v_2$ を決定し、イベント平面分解能およびボーズ＝アインシュタイン相関の補正を施した。
• 高 $p_T$ パイオン対における二粒子アゼイムス相関 $dN/d\Delta\phi$ を分析し、異方性を定量化するための調和係数 $p = \langle \cos(2\Delta\phi) \rangle$ を用いた。
• $\Delta\phi$ 分布を $\Delta\phi = 0$ および $\pi$ を中心とする二つのガウス関数でフィットし、近接側（背中合わせ）および離反側（ジェット様）相関をモデル化した。
• 近接側ピークの幅 $\sigma_0 = 0.23 \pm 0.03$ rad から、パートオンジェットの横方向運動量 $\langle j_T^2 \rangle^{1/2} = \sqrt{2} \langle p_T \rangle \sigma_0$ を抽出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SPSエネルギーにおける楕円性流れは、理想流体力学的予測とどの程度類似しているのか。これは、物質の粘性に何を示唆するのか。
• RQ2 SPSエネルギーにおける中心的 Pb-Au 衝突において、高 $p_T$ スペクトルにCronin増幅または抑制の兆候が見られるか。
• RQ3 高 $p_T$ 二発粒子ペアの観測されたアゼイムス異方性のうち、どの程度が集団的流れに起因し、どの程度が半硬化的パートオン散乱に起因する非フロー効果に起因するのか。
• RQ4 背中合わせの二発粒子相関の強度と幅は、中心性に従ってどのように変化するのか。これは、核物質内でのパートオンエネルギー損失に何を示唆するのか。
• RQ5 SPSエネルギーでも、パートオンジェットの $k_T$ 幅拡大は測定可能であるか。また、RHICの結果と比較してどうなるか。

主な発見

• $p_T = 1.3$ から 3.5 GeV/$c$ の間で $R_{CP}(p_T)$ の比が 0.75 から 1.25 に上昇し、明確な抑制が見られない中程度のCronin増幅が示された。
• 楕円性流れ $v_2$ は $p_T$ に比例して上昇し、2 GeV/$c$ 付近で飽和するが、これはRHICの挙動に類似しているが、理想流体力学的予測よりも著しく低い。
• 標準的な $v_2$ は、二粒子相関における観測された異方性 $\sqrt{p}$ の約60％しか説明できず、半硬化的プロセスに起因する顕著な非フロー成分が存在することが示唆された。
• アゼイムス相関の近接側（$\Delta\phi \approx 0$）ピークの幅は $\sigma_0 = 0.23 \pm 0.03$ rad であり、これに対応する横方向運動量 $\langle j_T^2 \rangle^{1/2} = 472 \pm 62$ MeV/$c$ であり、p-pおよびRHICデータと整合的である。
• 近接側および背中合わせピークの両方の強度が $n_{\text{coll}}$ に比例して増加するが、中心的衝突（$N_{\text{coll}} > 600$）では背中合わせ成分が幅の増大により消失する。
• 中心的衝突におけるパートオンジェットの $k_T$ 幅拡大は $2.8 \pm 0.6$ GeV/$c$ として測定され、核物質内での顕著なエネルギー損失が示され、予備的なRHIC Au-Au結果と同等の値であった。