[論文レビュー] Measurement of elliptic flow of light nuclei at $\sqrt{s_{NN}}$ = 200, 62.4, 39, 27, 19.6, 11.5, and 7.7 GeV at RHIC

STAR Collaboration, L. Adamczyk+338 more|arXiv (Cornell University)|Jan 26, 2016

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、RHICにおける中心座標系エネルギー（$\sqrt{s_{NN}}$ = 7.7–200 GeV）の広い範囲で、軽い核（d, t, $^3$He）およびそれらの反粒子（$\overline{\text{d}}$, $^3\overline{\text{He}}$）の楕円流れ（$v_2$）を測定している。AMPTに基づく輸送＋凝集モデルと動的凝集を用いた分析により、原子質量数および構成クォーク数との$ v_2 $スケーリングが、核子凝集を支配的形成メカニズムとして支持しており、モデル予測が全エネルギーおよび全横運動量範囲で実験データと一致することを示している。

ABSTRACT

We present measurements of 2$^{nd}$ order azimuthal anisotropy ($v_{2}$) at mid-rapidity $(|y|<1.0)$ for light nuclei d, t, $^{3}$He (for $\sqrt{s_{NN}}$ = 200, 62.4, 39, 27, 19.6, 11.5, and 7.7 GeV) and anti-nuclei $\bar{ m d}$ ($\sqrt{s_{NN}}$ = 200, 62.4, 39, 27, and 19.6 GeV) and $^{3}\bar{ m He}$ ($\sqrt{s_{NN}}$ = 200 GeV) in the STAR (Solenoidal Tracker at RHIC) experiment. The $v_{2}$ for these light nuclei produced in heavy-ion collisions is compared with those for p and $\bar{ m p}$. We observe mass ordering in nuclei $v_{2}(p_{T})$ at low transverse momenta ($p_{T}<2.0$ GeV/$c$). We also find a centrality dependence of $v_{2}$ for d and $\bar{ m d}$. The magnitude of $v_{2}$ for t and $^{3}$He agree within statistical errors. Light-nuclei $v_{2}$ are compared with predictions from a blast wave model. Atomic mass number ($A$) scaling of light-nuclei $v_{2}(p_{T})$ seems to hold for $p_{T}/A < 1.5$ GeV/$c$. Results on light-nuclei $v_{2}$ from a transport-plus-coalescence model are consistent with the experimental measurements.

研究の動機と目的

• RHICにおける広いエネルギー範囲で、軽い核および反核の楕円流れ（$v_2$）を測定し、重イオン衝突における形成メカニズムを解明すること。
• $v_2$が原子質量数または構成クォーク数とスケーリングするかどうかを検証し、他の生成メカニズムと比較して核子凝集が優位であるかを評価すること。
• AMPT輸送モデルと組み合わせた動的凝集モデルが、軽い核の$v_2$データを再現できるかを検証すること。
• 径方向流れと衝突の中心性が、特にLHCのALICEデータで観測された硬化現象の文脈で、$v_2$スペクトルに与える影響を評価すること。

提案手法

• 本研究では、AMPTモデル（バージョン1.25t7d）のストリング・メルティング版を用い、$\sqrt{s_{NN}}$ = 7.7–200 GeVの全エネルギー範囲で重イオン衝突をシミュレートし、識別されたハドロンの粒子生成数と$v_2$を再現した。
• 凍結時における動的凝集モデルを適用し、核が形成される確率は、そのWigner位相空間密度とAMPTからの陽子の位相空間分布の重なりによって決定された。
• d, t, および$^3$HeのWigner位相空間密度は、それぞれ1.96、1.61、1.74 fmの固定された平均二乗半径を有する球対称調和振動子波動関数から導出された。
• モデルは、全エネルギーおよび全横運動量（$p_T$）チャンネルで、軽い核の$v_2(p_T)$を計算し、STAR実験データと直接比較して一致度を評価した。
• 吹き出し波モデルをベンチマークとして用い、実験データにおける$v_2$の低予測を検証し、流体力学的記述の限界を浮き彫りにした。
• 凝集メカニズムの検証のため、質量番号（A）および構成クォーク数（$N_q$）の両方を用いたスケーリング解析を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 重イオン衝突における軽い核の$v_2(p_T)$は、質量番号スケーリングに従うか？ これは核子凝集を示唆する。
• RQ2 異なる衝突エネルギーにおいて、反核の$v_2$はそれに対応する核と比べてどのように異なるか？
• RQ3 AMPTモデルに動的凝集モデルを組み合わせることで、7.7から200 GeVの全エネルギー範囲で軽い核の$v_2$を定量的に再現できるか？
• RQ4 観測された$v_2$挙動は、$N_q$スケーリングが示唆するように、構成クォークによる凝集と整合的か？
• RQ5 なぜ吹き出し波モデルは、軽い核の測定$v_2$値を再現できないのか？

主な発見

• d, t, および$^3$He核の$v_2(p_T)$は、全エネルギー範囲で$p_T$の増加に伴い単調に増加し、低$p_T$では質量順序が現れ、より中心的衝突で抑制される。
• $\sqrt{s_{NN}}$ ≥ 39 GeVの領域では、dと$\overline{\text{d}}$の$v_2$はほぼ同一であることが判明し、物質および反物質核の間で流れのダイナミクスが類似していることを示している。
• dと$\overline{\text{d}}$の差分$\Delta v_2$は、pと$\overline{\text{p}}$の差分と同じトレンドを示しており、バリオン-反バリオン系でも同様の流れ行動が見られる可能性を示唆している。
• AMPTモデルに動的凝集を組み合わせたモデルは、全エネルギーおよび全$p_T$範囲で軽い核の$v_2$を良好に再現しており、実験的不確実性範囲内に収まっている。
• $v_2$データは原子質量番号Aと強くスケーリングしており、核子凝集が支配的形成メカニズムであることを支持している。
• モデルは$N_q$スケーリング（例：dでは6、$^3$Heでは9）に対しても良好な一致を示したが、核の結合エネルギーが低いことから、クォーク凝集の物理的妥当性には疑問が呈されている。