[论文解读] Estimation of P-odd correlators in heavy ion collisions at RHIC energies 62.4 -- 200 GeV

В. А. Окороков|arXiv (Cornell University)|Aug 18, 2009

High-Energy Particle Collisions Research被引用 4

一句话总结

该论文在局部 τ-不变宇称（TIP）假说下，使用解析的手征磁效应（CME）模型，估算RHIC能量下Au+Au碰撞中π-奇关联函数（62.4–200 GeV）。在62.4 GeV时，模型预测与初步STAR数据在同荷电与异荷电关联中均表现出良好一致性；但在200 GeV时，模型低估了中心及中等中心碰撞中的同荷电关联，提示解析方法可能存在局限性，或在更高能量下存在未被考虑的背景贡献。

ABSTRACT

The strength of parity violation effect can be characterized by correlator value in the framework of local $\mathcal{TIP}$ hypothesis. The energy and centrality dependencies of correlators for same and opposite charges are discussed for heavy ion collisions in RHIC energy domain 62.4 -- 200 GeV. The magnetic field shows a significant increasing at initial energy decreasing for intermediate and large times. Two possible scenarios for initial time are investigated in detail. Both scenarios predict the most close values for initial time in ${Au+Au}$ collisions at 62.4 GeV. Disagreement between initial time values obtained for two various scenarios increases with energy increasing and for collisions of lighter ${Cu}$-nucleus. Boundary values for correlators related with possible local $\mathcal{TIP}$ violation are calculated in the framework of analytic approach of chiral magnetic effect for ${Au+Au}$ collisions at 62.4 and 200 GeV. The results are shown as function of collision centrality. Preliminary experimental STAR data are compared with predictions of chiral magnetic effect model directly. Experimental signals consistent with model expectations for both same and opposite charge correlations in ${Au+Au}$ collisions at 62.4 GeV at all centralities. At higher energy 200 GeV the model of chiral magnetic effect underestimates same charge correlator values for central and midcentral events but the same charge correlations for peripheral events as well as opposite charge correlations are in the boundaries predicted by model calculations.

研究动机与目标

• 通过局部 τ-不变宇称（TIP）假说框架下的π-奇关联函数，估算重离子碰撞中宇称破坏效应的强度。
• 研究Au+Au碰撞在RHIC能量（62.4–200 GeV）下，同荷电与异荷电关联函数的能量与中心度依赖性。
• 评估手征磁效应模型预测与不同碰撞中心度及能量下初步STAR实验数据的一致性。
• 评估初始时间假设与磁场演化对关联函数估算的影响，尤其在较低能量下。

提出的方法

• 基于手征磁效应（CME）的解析方法，计算作为碰撞中心度与能量函数的π-奇关联函数。
• 对同荷电关联使用公式 $ a_{\pm\pm} = \frac{1}{N_{\pm}^2} \frac{\pi^2}{16} g(b/R, \lambda/R) \Phi(b/R, \tau, \eta) $，对异荷电关联使用公式 $ a_{+-} = -\frac{1}{N_+N_-} \frac{\pi^2}{16} h(b/R, \lambda/R) \Phi(b/R, \tau, \eta) $。
• 评估磁场积分 $ \Phi(b/R, \tau, \eta) = 4\kappa\alpha_s R^2 \left[\sum_j q_j^2\right]^2 \int_{\tau_i}^{\tau_f} d\tau \, \tau \left[eB(\tau, \eta)\right]^2 $，假设重叠区域内磁场为恒定均匀场。
• 考虑两种不同的初始固有时 $ \tau_i $ 情景，对应于碰撞中磁场开始出现的不同估计。
• 假设恒定的屏蔽长度 $ \lambda $，并使用洛伦兹收缩因子 $ \gamma_L \sim 31.2–100 $ 来模拟碰撞的初始几何结构。
• 将模型预测与62.4 GeV和200 GeV下Au+Au碰撞中带电粒子关联的初步STAR数据在不同中心度区间进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在RHIC能量下，Au+Au碰撞中同荷电与异荷电粒子的π-奇关联函数如何随碰撞能量与中心度变化？
• RQ2 在62.4 GeV与200 GeV下，基于局部TIP假说的手征磁效应模型预测与初步STAR实验数据的一致性程度如何？
• RQ3 关联函数估算对碰撞演化中初始固有时 $ \tau_i $ 的不同假设有多敏感？
• RQ4 为何在200 GeV时，尽管在较低能量下模型与数据一致，但模型仍低估了中心及中等中心碰撞中的同荷电关联？
• RQ5 背景关联（如喷注淬火）以及排除极早时间（$ \tau \gtrsim R/\sinh(Y_0) $）的影响，在200 GeV时模型与数据的差异中扮演何种角色？

主要发现

• 在62.4 GeV时，模型对同荷电与异荷电关联的预测在所有中心度区间均与初步STAR数据高度一致。
• 在200 GeV时，模型低估了中心及中等中心事件中的同荷电关联，而异荷电与外围同荷电结果仍处于模型预测范围内。
• 在62.4 GeV时，两种初始时间情景的关联函数估算结果非常接近，但随着能量升高，两者差异增大，尤其在较轻的Cu–Au碰撞中更为显著。
• 模型预测在LHC能量 $ \sqrt{s_{NN}} = 5.5 $ TeV下，同荷电关联函数量级为 $ 10^{-6} $ 至 $ 10^{-5} $，异荷电关联函数量级为 $ 10^{-7} $ 至 $ 10^{-6} $，表明在更高能量下存在显著抑制。
• 200 GeV时的差异可能源于解析方法的局限性，例如排除了磁场最强的极早时间，或存在未被考虑的背景贡献（如平面内喷注关联）。
• 背景磁场在较低初始能量下显著增强，尤其在中等与大时间区间，表明在较低RHIC能量下宇称破坏信号可能更强。