[論文レビュー] Parton coalescence at RHIC

Vincenzo Greco, C. M. Ko+1 more|arXiv (Cornell University)|May 10, 2003

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 27

ひとこと要約

この論文は、RHICにおけるAu+Au衝突におけるハドロン生成を記述する、完全な共変性を持つパートン凝集モデルを提示する。このモデルは、クォーク・グルーオンプラズマ（QGP）からのソフトパートンとミニジェットからのハードパートンを統合し、共変性を保った形で扱う。テスト粒子モンテカルロ法を用いて、QGPパートンとミニジェットパートンの間の凝集と集団的流れを組み込むことで、実験的に測定されたパイオン、反プロトン、反中性kaonのエネルギースペクトルを成功裏に再現した。特に、pT ≈ 3 GeV/cで反プロトン/パイオン比が約1に上昇する中間運動量領域の増強を再現し、プロトン、ラムダ、オメガの楕円流が一貫して予測された。

ABSTRACT

Using a covariant coalescence model, we study hadron production in relativistic heavy ion collisions from both soft partons in the quark-gluon plasma and hard partons in minijets. Including transverse flow of soft partons and independent fragmentation of minijet partons, the model is able to describe available experimental data on pion, kaon, and antiproton spectra. The resulting antiproton to pion ratio is seen to increase at low transverse momenta and reaches a value of about one at intermediate transverse momenta, as observed in experimental data at RHIC. A similar dependence of the antikaon to pion ratio on transverse momentum is obtained, but it reaches a smaller value at intermediate transverse momenta. At high transverse momenta, the model predicts that both the antiproton to pion and the antikaon to pion ratio decrease and approach those given by the perturbative QCD. Both collective flow effect and coalescence of minijet partons with partons in the quark-gluon plasma affect significantly the spectra of hadrons with intermediate transverse momenta. Elliptic flows of protons, Lambdas, and Omegas have also been evaluated from partons with elliptic flows extracted from fitting measured pion and kaon elliptic flows, and they are found to be consistent with available experimental data.

研究の動機と目的

• クォーク・グルーオンプラズマ（QGP）からのソフトパートンとミニジェットからのハードパートンを同等に扱う、完全な共変性を持つ凝集モデルの構築。
• RHICで観測された中間横運動量領域における反プロトン/パイオン比の増強という、長年の課題を解消すること。
• QGP内の熱的パートンとミニジェットパートンの凝集が、中間運動量領域におけるバリオンおよび反バリオン生成に与える影響を調査すること。
• パイオンおよびカイオンの測定から抽出したクォークレベルの流動を用いて、プロトン、ラムダ、オメガの楕円流を予測し、実験データと比較すること。
• ゼロ速度共動フレームや非相対論的運動論といった簡略化仮定を排除することで、従来のモデルを改善すること。

提案手法

• Doverらに基づく共変性のある凝集形式を採用し、相対論的位相空間と運動量保存則を用いてハドロン生成確率を計算する。
• ソフトQGPパートンには指数関数的分布（熱的分布に類似）を、ハードミニジェットパートンにはべき乗則スペクトルを用いてスペクトルをモデル化する。
• QGPとミニジェット源におけるパートン密度の著しい差を効率的に扱うために、テスト粒子モンテカルロ法を用いる。
• QGPパートンに集団的横方向流れを組み込み、二粒子パイオン相関からの実験的抽出と整合する流れ速度を採用する。
• QGPとミニジェットの両源からのパートン間で凝集を計算し、中間pT領域におけるバリオン/反バリオンの増強を可能にする。
• ハドロンの楕円流は、測定済みのパイオンおよびカイオンv2にフィットしたクォークレベルの楕円流から予測し、フレーバー依存の流れ入力を用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 QGPとミニジェットパートンの両方を含む完全な共変性を持つ凝集モデルは、RHICで測定されたパイオン、反プロトン、反中性kaonの横運動量スペクトルを再現できるか？
• RQ2 QGP内のミニジェットパートンと熱的パートンの凝集が、中間横運動量領域におけるバリオンおよび反バリオン生成にどの程度寄与するか？
• RQ3 集団的流れとミニジェット凝集が、横運動量に依存する反プロトン/パイオン比にどのように寄与するか？
• RQ4 パイオンおよびカイオンのデータから抽出したクォークレベルの流動を用いて、プロトン、ラムダ、オメガの楕円流を定量的に再現できるか？
• RQ5 ミニジェット凝集と集団的流れの両方が、観測されたハドロンスペクトルと比に及ぼす相対的寄与は何か？

主な発見

• 本モデルは、RHICで測定されたパイオン、反プロトン、反中性kaonの横運動量スペクトルを成功裏に再現した。特に、pT ≈ 3 GeV/cで反プロトン/パイオン比が約1に上昇する特徴的な中間運動量領域の増強も再現した。
• 高運動量領域では反プロトン/パイオン比が低下し、微小なQCD予測に近づく傾向を示し、実験データと整合した。
• 反中性kaon/パイオン比も同様のトレンドを示したが、クォーク構成とフラグメンテーションの違いにより、その大きさは小さく、高pT領域でより高い値を示した。
• ミニジェットパートンとQGPパートンの凝集により、このメカニズムを含まないモデルと比較して、中間pT領域のハドロンスペクトルが2倍以上増強された。
• 予測されたプロトンおよびラムダの楕円流は、実験的測定とよく一致しており、パイオンおよびカイオンv2から抽出したクォークレベルの流動の妥当性が裏付けられた。
• オメガの楕円流は、ストレンジクォークの楕円流が軽いクォークよりも小さいことから、ラムダのそれよりも小さくなると予測された。