[論文レビュー] Participant number fluctuations for higher moments of a multiplicity distribution

Viktor Begun|arXiv (Cornell University)|Jun 16, 2016

Stochastic processes and statistical mechanics被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、独立参加者モデルを多次元分布の歪度と尖度を含む高次モーメントへ一般化し、同一かつ独立な参加者を仮定したもとで、3次および4次モーメントの正確な式を導出する。LHCにおける参加者数の揺らぎが高次測定を支配していることが判明し、参加者がヌクレオンでないことが示唆され、5%の中心性ビンは広すぎるため、内在的源の揺らぎを分離するにはより狭いビンが必要であることを示唆する。

ABSTRACT

The independent participant model is generalized for skewness and kurtosis. The obtained relations allow to calculate the fluctuations of an arbitrarily high order. From the comparison with the SPS and the LHC data it is found that the participants are not nucleons. The contribution of the participant fluctuations increases with the order of fluctuations. The 5% centrality bins selected for the analysis at the LHC by ALICE seems to be too large. The fluctuations measures are dominated by the fluctuations of participants there. The method to quantify the value of participant number fluctuations experimentally is proposed.

研究の動機と目的

• スケーリング分散を超えて歪度や尖度などの高次モーメントへ独立参加者モデルを拡張すること。
• 高エネルギー重イオン衝突における参加者数の揺らぎが、高次多重度モーメントに与える寄与を定量化すること。
• LHCにおける高次揺らぎの実験的測定が、参加者揺らぎによって支配されているのか、それとも内在的源ダイナミクスの証拠があるのかを評価すること。
• 中心性依存的挙動を分析することにより、個々の源からの揺らぎを実験的に分離する方法を提案すること。
• 参加者がヌクレオンであるという仮定を検証し、その仮定を適用した場合にデータに一貫性が欠けることを示して、その仮定を疑うこと。

提案手法

• 同一かつ独立な参加者を仮定し、多項定理を用いて多重度分布の3次および4次モーメントの正確な式を導出する。
• 参加者数 $N_{\rm P}$ と1参加者あたりの粒子生成 $n_i$ の同時確率分布を用いて、階乗モーメントを計算する。
• 任意の $k$ に対して $\langle N^k \rangle = \sum_{k_1+\cdots+k_{N_{\rm P}}=k} \frac{k!}{k_1!\cdots k_{N_{\rm P}}!} \langle n_1^{k_1} \rangle \cdots \langle n_{N_{\rm P}}^{k_{N_{\rm P}}} \rangle$ の公式を用いて高次モーメントを計算する。
• 全揺らぎを個々の源からの寄与 ($\omega_1$) と参加者数揺らぎからの寄与 ($\omega_{\rm P}$) に分解し、$\omega_{\rm Pb+Pb}^{\rm ch~{}Acc} = \omega_1 + \langle n_1 \rangle \omega_{\rm P}$ と表す。
• ALICEのデータを異なる中心性ビンおよび受容領域条件下で分析し、参加者揺らぎと内在的源揺らぎを分離する。
• 参加者揺らぎの寄与を最小化するように、例えば0–1%、0–2.5%などの中心性ビン分割戦略を提案する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 参加者数の揺らぎは、重イオン衝突における歪度や尖度などの高次モーメントにどの程度寄与しているか。
• RQ2 LHCのデータで観測された揺らぎは、参加者揺らぎのみで説明可能か、それとも非ヌクレオン的参加者に起因する証拠があるか。
• RQ3 ALICEが使用している現在の5%中心性ビンは、内在的源揺らぎを解明するには広すぎるか。
• RQ4 参加者数揺らぎの影響を最小限に抑えるように、実験的測定をどのように設計すればよいか。
• RQ5 参加者がヌクレオンでない場合、高次揺らぎデータの解釈にどのような影響が生じるか。

主な発見

• 参加者数の揺らぎはモーメントの次数が高くなるにつれて著しく増大し、歪度や尖度などの高次測定を支配する。
• ALICEデータの分析から、5%中心性ビンにおける参加者揺らぎが大きすぎることが判明し、これは高次揺らぎ研究に意味のある解釈を行うにはビンが広すぎる可能性を示唆する。
• 最大受容領域揺らぎを仮定した場合、抽出された参加者揺らぎ $\omega_{\rm P}$ が負値になることがあり、これは物理的に不自然であり、参加者揺らぎが無視できないことを示している。
• データは参加者がヌクレオンでないことを示唆しており、p+p測定値と整合させるためには、参加者がクォークやその他の準ヌクレオン的自由度である必要がある。
• LHCでは参加者揺らぎがポisson揺らぎを上回っており、RHICと比較してその寄与が顕著に大きい。これは、現在の実験的設定がこのバックグラウンドに支配されていることを示唆する。
• 本稿では、参加者揺らぎを抑制し、内在的源揺らぎを分離するため、0–1%などのより狭い中心性ビンが必要であると提言する。これはQCD臨界現象を研究する上で不可欠である。