[논문 리뷰] Pre-equilibrium evolution effects on heavy-ion collision observables

Jia Liu, Chun Shen외 1명|arXiv (Cornell University)|2015. 04. 09.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 2인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 MC-KLN 및 MC-Glauber 초기 조건에서 유도된 자유 흐름 쿼크-글루온을 점성 유체역학과 매칭하여 상대론적 중이온 충돌에서의 평형 이전 역학을 조사한다. 그 결과, 유체역학적 진화로의 전환 시간은 초기 조건에 따라 크게 달라지며, MC-KLN는 높은 점성(η/s ≈ 0.2)을 가진 약 0.13 fm/c의 조기 전환을 선호하는 반면, MC-Glauber는 낮은 점성(η/s ≈ 0.16)을 가진 약 0.6 fm/c의 후기 전환을 선호한다. 이는 평형 이전 효과를 忽시한 모델에 비해 횡방향 운동량 및 유동 관측량에 대한 피팅 품질을 크게 향상시킨다.

ABSTRACT

In order to investigate the importance of pre-equilibrium dynamics on relativistic heavy-ion collision observables, we match a highly non-equilibrium early evolution stage, modeled by free-streaming partons generated from the Monte Carlo Kharzeev-Levin-Nardi (MC-KLN) and Monte Carlo Glauber (MC-Glb) models, to a locally approximately thermalized later evolution stage described by viscous hydrodynamics, and study the dependence of final hadronic transverse momentum distributions, in particular their underlying radial and anisotropic flows, on the switching time between these stages. Performing a 3-parameter fit of the measured values for the average transverse momenta $\langle p_\perp angle$ for pions, kaons and protons as well as the elliptic and triangular flows of charged hadrons $v_{2,3}^\mathrm{ch}$, with the switching time $ au_s$, the specific shear viscosity $\eta/s$ during the hydrodynamic stage, and the kinetic decoupling temperature $T_\mathrm{dec}$ as free parameters, we find that the preferred times $ au_s$ depend strongly on the model of the initial conditions. MC-KLN initial conditions require an earlier transition to hydrodynamic behavior (at $ au_s \approx$ 0.13 fm/$c$) , followed by hydrodynamic evolution with a larger specific shear viscosity $\eta/s\approx$ 0.2, than MC-Glb initial conditions which prefer switching at a later time ($ au_s\approx$ 0.6 fm/$c$) followed by a less viscous hydrodynamic evolution with $\eta/s\approx$ 0.16. These new results including pre-equilibrium evolution are compared to fits without a pre-equilbrium stage where all dynamic evolution before the onset of hydrodynamic behavior is ignored. In each case, the quality of the dynamical descriptions for the optimized parameter sets, as well as the observables which show the strongest constraining power for the thermalization time, are discussed.

연구 동기 및 목표

• 상대론적 중이온 충돌에서 평형 이전 역학이 최종 관측량에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 자유 흐름에서 유체역학적 진화로의 전환 시간이 횡방향 운동량 및 유동 분포에 미치는 영향을 규명하기 위해.
• MC-KLN 및 MC-Glauber 초기 조건 모델이 π, K, p의 횡방향 운동량 및 양성자 기반의 타원 및 삼각형 흐름 관측량을 얼마나 잘 재현하는지 비교하기 위해.
• 즉각적인 열평형을 가정하는 모델에 비해 평형 이전 진화를 포함함으로써 피팅 품질이 향상되는지 평가하기 위해.

제안 방법

• 몬테카를로 카르체프-레빈-나르디(MC-KLN) 및 몬테카를로 글라우버(MC-Glb) 초기 조건 모델에서 유도된 자유 흐름 쿼크-글루온을 사용하여 초기 비평형 단계를 모델링한다.
• 국소적 열평형을 가정하여 자유 흐름 단계를 후속 점성 유체역학적 진화 단계와 매칭한다.
• 실험 데이터(π, K, p의 ⟨p⊥⟩ 및 양성자 기반의 v2,3ch)를 기술하기 위해 전환 시간 τ_s, 비율 점성 계수 η/s, 운동적 탈착 온도 T_dec를 포함한 3개 매개변수 피팅을 수행한다.
• 평형 이전 진화를 포함하거나 포함하지 않은 모델 간의 비교를 통해 조기 역학의 중요성을 평가한다.
• 중이온 충돌에서 측정된 횡방향 운동량 및 이방성 흐름 데이터와의 비교를 통해 매개변수를 최적화한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 평형 이전 역학을 포함할 경우, 최종 상태의 횡방향 운동량 및 이방성 흐름 관측량 기술에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 MC-KLN 및 MC-Glauber 초기 조건에 대해 자유 흐름에서 유체역학적 진화로의 최적 전환 시간 τ_s는 얼마인가?
• RQ3 평형 이전 효과를 포함할 경우, 두 초기 조건 모델 간에 추출된 η/s 및 T_dec 값은 어떻게 다를까?
• RQ4 평형 이전 진화가 존재할 경우, 어떤 관측량이 열평형 시간 τ_s를 결정하는 데 가장 강력한 제약을 가하는가?

주요 결과

• MC-KLN 초기 조건 모델은 최적 피팅 품질을 달성하기 위해 약 0.13 fm/c의 조기 전환 시간 τ_s ≈ 0.13 fm/c가 필요하다.
• MC-Glauber 초기 조건 모델은 후기 전환 시간 τ_s ≈ 0.6 fm/c를 선호하며, 이는 더 긴 평형 이전 단계를 시사한다.
• MC-KLN의 경우 비율 점성 계수 η/s가 약 0.2로, MC-Glauber의 경우 약 0.16보다 높아, 유체역학 단계에서의 점성 정도가 다름을 시사한다.
• 평형 이전 진동을 포함할 경우, 평형 이전 비평형 진동을 忽시한 모델에 비해 횡방향 운동량 및 흐름 관측량에 대한 피팅 품질이 크게 향상된다.
• 양성자 기반의 타원 및 삼각형 흐름 v2,3ch는 열평형 시간 τ_s를 결정하는 데 가장 강력한 제약력을 제공한다.