[論文レビュー] Strange hadron collectivity in pPb and PbPb collisions

the CMS Collaboration, Adam, W.+2351 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 1

ひとこと要約

本研究は、それぞれ√sNN = 8.16 TeVおよび5.02 TeVで実施された高多重度のpPbおよびPbPb衝突において、スカラー積分法および多粒子相関法を用いて、奇妙ハドロン（K0SおよびΛ）の楕円流れ（v2）を測定した。pPb衝突では、4粒子および6粒子相関からのv2値がほぼ同一であり、小スケール系における集団的挙動の強力な証拠を示している。一方、サブイベントキュムラントおよびジェット遮断解析により、非フロー効果が抑制され、信号の頑健性が確認された。

ABSTRACT

The collective behavior of K$^0_\mathrm{S}$ and $\Lambda/\bar{\Lambda}$ strange hadrons is studied by measuring the elliptic azimuthal anisotropy ($v_2$) using the scalar-product and multiparticle correlation methods. Proton-lead (pPb) collisions at a nucleon-nucleon center-of-mass energy $\sqrt{s_\mathrm{NN}}$ = 8.16 TeV and lead-lead (PbPb) collisions at $\sqrt{s_\mathrm{NN}}$ = 5.02 TeV collected by the CMS experiment at the LHC are investigated. Nonflow effects in the pPb collisions are studied by using a subevent cumulant analysis and by excluding events where a jet with transverse momentum greater than 20\GeV is present. The strange hadron $v_2$ values extracted in \pPb collisions via the four- and six-particle correlation method are found to be nearly identical, suggesting the collective behavior. Comparisons of the pPb and PbPb results for both strange hadrons and charged particles illustrate how event-by-event flow fluctuations depend on the system size.

研究の動機と目的

• pPbのような小スケールの陽子-核系でも、重イオン衝突と同様の集団的挙動が生じるかどうかを調査すること。
• 高多重度pPb衝突における観測された長距離の方位角相関が、真の集団的流れ由来であるのか、それとも非フロー効果由来であるのかを特定すること。
• pPbおよびPbPb系における奇妙ハドロン（K0SおよびΛ）のv2値を比較し、系サイズに依存するイベントごとの流れフラクチュエーションの依存性を検討すること。
• ジェット遮断およびサブイベントキュムラント技術を用いて非フロー寄与を抑圧し、観測された相関が真の集団的挙動を反映していることを保証すること。

提案手法

• 第二順位のキュムラントを抽出するために、スカラー積分法（SP）が用いられ、仮想迅速度ギャップが導入された。
• 多粒子Qキュムラント技術により、高次のキュムラント（4次および6次）が計算され、流れフラクチュエーションの探査および非フロー相関の抑制が行われた。
• ハード散乱過程に起因する非フロー寄与を抑圧するため、pT > 20 GeVのジェットを持つイベントに対してジェット遮断が適用された。
• 短距離相関を低減するために、イベントを独立したサブイベントに分割し、サブイベントキュムラント解析が実施された。
• K0SおよびΛのv2値は、中間迅速度領域（|y| < 1）および最大8.5 GeVまでの横運動量範囲で抽出された。
• 解析は、pPb（8.16 TeV）およびPbPb（5.02 TeV）衝突のCMS実験データを用い、PbPbの中心度範囲は5%から80%まで拡張された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高多重度pPb衝突における奇妙ハドロンは、異なる粒子相関次数におけるv2値が一貫していることから、集団的挙動を示していると解釈できるか？
• RQ2 ジェット誘発相関は、pPb衝突における観測された多粒子方位角相関にどの程度寄与しているか？
• RQ3 pPbおよびPbPb衝突の比較を通じて、v2のイベントごとの流れフラクチュエーションは系サイズにどのように依存するか？
• RQ4 サブイベントキュムラントおよびジェット遮断技術は、小スケール衝突系における非フロー効果を効果的に抑制できるか？
• RQ5 pPb衝突における奇妙ハドロンのv2は、小スケール一時的QGPドロップレットの流体力学的モデルと定量的に整合しているか？

主な発見

• 高多重度pPb衝突におけるK0SおよびΛのv2値は、4粒子および6粒子相関法で抽出した結果がほぼ同一であり、頑健な集団的挙動を示している。
• ジェット遮断を導入することで、4粒子および6粒子v2値の乖離が減少し、pPb衝突における非フロー効果の主な寄与要因がジェット由来であることが確認された。
• サブイベントキュムラント解析により短距離相関が抑制され、pPbおよびPbPb両系で長距離の集団的挙動が持続していることが確認された。
• pPb衝突における奇妙ハドロンのv2値は、類似した多重度におけるPbPb衝突の値とほぼ同等の大きさであり、同様の集団的ダイナミクスを示唆している。
• 結果は、小スケール系における集団的流れが、純粋な非フロー効果ではなく、流体力学的メディアに起因するものであるという解釈を支持している。
• 本研究は、v2のイベントごとの流れフラクチュエーションが系サイズに依存することを定量的証拠として示しており、より大きな系（PbPb）ではより強い集団的応答が観測された。