[논문 리뷰] Hadronic "flow" in p--Pb collisions at the Large Hadron Collider?

Y. Zhou, Xiangrong Zhu외 2명|arXiv (Cornell University)|2015. 03. 24.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 2인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 √sNN = 5.02 TeV에서의 p–Pb 충돌에서 집단적 흐름을 조사하기 위해 UrQMD 운동 모델을 사용한다. 실험 결과의 2- 및 4-입자 누적량과 미분 타원형 흐름 v₂(pT)를 재현하지 못함을 발견하였으며, 특히 고다중도 사건에서 c₂{4}의 양에서 음성으로의 전이가 실험 결과와 일치하지 않는다. 관측된 v₂ 질량 순서(π < K < p)는 유성 상호작용(M-M 및 M-B 충돌)이 포함된 경우에만 재현되며, 이는 최종 상태의 산란에 기인함을 시사한다. 이는 유체역학적 흐름이 아니라, 최종 상태의 상호작용에서 기인한다.

ABSTRACT

Using the Ultra-relativistic Quantum Molecular Dynamics (UrQMD) model, we investigate azimuthal correlations in p--Pb collisions at $\sqrt{s_{_{ m NN}}}=5.02$ TeV. Comparison with the experimental data shows that UrQMD can not reproduce the multiplicity dependence of 2- and 4-particle cumulants, especially the transition from positive to negative values of $c_{2}\{4\}$ in high multiplicity events, which has been taken as experimental evidence of collectivity in p--Pb collisions. Meanwhile, UrQMD can not qualitatively describe the differential elliptic flow, $v_{2}(p_{ m T})$, of all charged hadrons at various multiplicity classes. These discrepancies show that the simulated hadronic p--Pb systems can not generate enough collective flow as observed in experiment, the associated hadron emissions are largely influenced by non-flow effects. However, the characteristic $v_{2}(p_{ m T})$ mass-ordering of pions, kaons and protons is observed in UrQMD, which is the consequence of hadronic interactions and not necessarily associated with strong fluid-like expansions.

연구 동기 및 목표

• 초기 상태로 PYTHIA를 사용하여 √sNN = 5.02 TeV에서 p–Pb 충돌을 시뮬레이션하는 UrQMD 운동 모델이 실험적으로 관측된 2차 및 4차 충돌의 애자이멀 각도 상관관계를 재현할 수 있는지 테스트하기 위해.
• 유성 상호작용(M-M 및 M-B 충돌)이 π, K, p 간의 관측된 v₂ 질량 순서를 생성하는 데 어떤 역할을 하는지 평가하기 위해.
• 실험적으로 관측된 다중도 의존성 누적량과 v₂(pT) 프로파일이 최종 상태의 상호작용에 의해 설명될 수 있는지 판단하기 위해.
• 소규모 p–Pb 시스템에서 관측된 유사 흐름 특성들이 진정으로 집단적 행동을 나타내는지 아니면 비유동 효과에 의해 지배되는지 평가하기 위해.

제안 방법

• 고운동량 전달 과정에 대해 초기 상태를 PYTHIA로 생성하여 √sNN = 5.02 TeV에서 p–Pb 충돌을 UrQMD 운동 모델로 시뮬레이션한다.
• ALICE, ATLAS, CMS의 실험 데이터와 비교하여 2- 및 4-입자 누적량(c₂{2}, c₂{4})과 미분 타원형 흐름 v₂(pT)를 분석한다.
• M-M 및 M-B 충돌의 포함 여부에 따라 비교 시뮬레이션을 수행하여 유성 상호작용의 영향을 분리한다.
• 다양한 사건 클래스에서 누적량과 v₂(pT)의 다중도 의존성을 분석하여 집단적 행동 여부를 테스트한다.
• 스펙트럼의 mT 스케일링과 반경 방향 흐름의 정도를 분석하여 최종 상태 상호작용의 영향을 평가한다.
• 실험 데이터와 동일한 다중도 클래스 정의(표준형도에서의 충전 입자 다중도 기반)를 사용하여 직접 비교를 가능하게 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 UrQMD 모델이 p–Pb 충돌에서 관측된 다중도 의존성 2- 및 4-입자 누적량을 정량적으로 재현할 수 있는가?
• RQ2 UrQMD 모델이 고다중도 사건에서 c₂{4}가 양에서 음성으로 전이되는 것을 재현할 수 있는가? 이는 집단적 행동의 핵심적 징후이다.
• RQ3 UrQMD에서 M-M 및 M-B 충돌에 의한 유성 상호작용이 p–Pb 충돌에서 관측된 v₂ 질량 순서(π < K < p)를 얼마나 생성하는가?
• RQ4 p–Pb 충돌에서 특정 입자에 대한 실험적으로 관측된 v₂(pT) 패턴이 운동 모델의 최종 상태 상호작용에 의해 설명될 수 있는가?
• RQ5 p–Pb 충돌에서 관측된 유사 흐름 특성들이 진정으로 유체역학적 집단적 팽창이 아니라 비유동 효과에 기인하는가?

주요 결과

• UrQMD는 2- 및 4-입자 누적량의 다중도 의존성을 재현하지 못하며, 특히 고다중도 사건에서 c₂{4}가 양에서 음성으로 전이되는 현상은 재현되지 않는다.
• 모델은 다양한 다중도 클래스에서 모든 충전 입자에 대한 미분 타원형 흐름 v₂(pT)를 정량적으로 기술하지 못한다.
• v₂ 질량 순서(π < K < p)는 M-M 및 M-B 충돌이 포함된 경우에만 재현되며, 이는 유성 상호작용의 결과임을 시사한다.
• M-M 및 M-B 충돌이 포함되지 않은 시뮬레이션에서는 질량 순서가 재현되지 않아, 이 특성가 초기 상태 생성 과정에 내재된 것이 아니라 최종 상태 상호작용의 결과임을 나타낸다.
• 모델의 유성 상호작용는 약한 반경 방향 흐름을 생성하며, mT 스펙트럼에 미미한 변화만 초래하여 집단적 팽창이 제한적임을 시사한다.
• 결과는 p–Pb 충돌에서 관측된 유사 흐름 특성이 대부분 비유동 효과와 최종 상태의 유성 상호작용에 의해 영향을 받으며, 강력한 유체역학적 집단적 흐름 때문이 아니라는 것을 시사한다.