[論文レビュー] Two-particle transverse momentum correlations in pp and p-Pb collisions at LHC energies

ALICE Collaboration, Adamova, Dagmar+1041 more|arXiv (Cornell University)|Nov 16, 2022

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、LHCエネルギーにおける小スケール衝突系（ppおよびp–Pb）における粘性効果を、2粒子の横運動量微分相関関数、特に電荷に依存しないG2相関関数を用いて調査する。多重度関数としてのG2の縦方向の広がりを分析することで、これらの系に顕著な粘性効果の証拠は得られず、集団的挙動が長期間にわたる粘性媒体から生じるのではなく、ミニジェット相関や初期状態効果などの他のメカニズムによる可能性が示唆される。

ABSTRACT

Two-particle transverse momentum differential correlators, recently measured in Pb--Pb collisions at energies available at the CERN Large Hadron Collider (LHC), provide an additional tool to gain insights into particle production mechanisms and infer transport properties, such as the ratio of shear viscosity to entropy density, of the medium created in Pb-Pb collisions. The longitudinal long-range correlations and the large azimuthal anisotropy measured at low transverse momenta in small collision systems, namely pp and p-Pb, at LHC energies resemble manifestations of collective behaviour. This suggests that locally equilibrated matter may be produced in these small collision systems, similar to what is observed in Pb-Pb collisions. In this work, the same two-particle transverse momentum differential correlators are exploited in pp and p-Pb collisions at $\sqrt{s} = 7$ TeV and $\sqrt{s_{ m NN}} = 5.02$ TeV, respectively, to seek evidence for viscous effects. Specifically, the strength and shape of the correlators are studied as a function of the produced particle multiplicity to identify evidence for longitudinal broadening that might reveal the presence of viscous effects in these smaller systems. The measured correlators and their evolution from pp and p--Pb to Pb--Pb collisions are additionally compared to predictions from Monte Carlo event generators, and the potential presence of viscous effects is discussed.

研究の動機と目的

• LHCエネルギーにおける小スケール衝突系（ppおよびp–Pb）に粘性効果が横運動量相関を通じて現れるかどうかを調査すること。
• 粒子多重度の増加に伴うG2相関関数の縦方向幅の変化を、粘性運動量輸送の兆候として分析すること。
• 小スケール系における測定された相関関数をPb–Pb衝突の結果およびモンテカルロイベントジェネレータの予測と比較すること。
• 高多重度ppおよびp–Pb衝突で観測される集団的挙動が、粘性の高い流体的媒体に起因するのか、あるいは代替的なメカニズムに起因するのかを評価すること。
• G2相関関数が、Pb–Pb衝突と同様に、小スケール系におけるせん断粘性率対エントロピー密度（η/s）の信頼できるプローブとして機能するかどうかを特定すること。

提案手法

• 本研究では、特に電荷に依存しない（GCI2）バージョンを用いた2粒子の横運動量微分相関関数G2を用い、運動量相関を調査する。
• 粘性効果を特定するため、粒子多重度関数としてのGCI2の縦方向の広がりを分析する。粘性効果は、系のサイズおよび寿命の増加に伴い、縦方向幅が増加すると予想される。
• 相関関数は、pp（√s = 7 TeV）およびp–Pb（√sNN = 5.02 TeV）衝突において、さまざまな多重度クラスで測定された。
• 微小色ダイナミクスと集団的ダイナミクスの寄与を分離するために、モンテカルロイベントジェネレータ（例：PYTHIA、DPMJET）の予測と比較した。
• 電荷依存および電荷に依存しないG2成分の両方を含め、径方向流れ（電荷依存）と粘性運動量輸送（電荷に依存しない）を分離する。
• 相関構造の類似性と相違を評価するため、pp、p–Pb、Pb–Pbの衝突系におけるGCI2の形状および強度の進化を検討した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ppおよびp–Pb衝突において、GCI2相関関数の縦方向広がりは多重度の増加に伴い拡大するか。これは粘性運動量輸送の兆候である。
• RQ2 小スケール系で観測されたG2相関関数の形状は、粘性効果が確立されたPb–Pb衝突のそれと整合的か。
• RQ3 モンテカルロイベントジェネレータは、小スケール系における測定されたG2相関関数の形状をどの程度再現できるか。
• RQ4 GCI2相関関数は、Pb–Pb衝突と同様に、小スケール衝突系におけるη/sのプローブとして機能できるか。
• RQ5 高多重度ppおよびp–Pb衝突で観測される集団的挙動は、粘性流体力学的挙動に起因するのか、それともミニジェット相関などの非流体的効果に起因するのか。

主な発見

• ppおよびp–Pb衝突において、多重度関数としてのGCI2相関関数に顕著な縦方向の広がりは観測されず、強い粘性効果が欠如していることが示唆される。
• 小スケール系におけるGCI2相関関数の形状および進化は、粘性広がりが確立された中心部Pb–Pb衝突とは顕著に異なる。
• PYTHIAやDPMJETなどのモンテカルロジェネレータは、高多重度小スケール系における測定されたGCI2形状を再現できないため、これらのモデルに欠落している物理的メカニズムがある可能性を示唆する。
• 電荷に依存しないGCI2相関関数には、多重度の増加に伴う幅の増大傾向が明確に認められず、粘性流体力学的モデルの予測とは矛盾する。
• 結果から、小スケール系における集団的挙動が長期間にわたる粘性媒体に起因するのではなく、初期状態相関やミニジェット効果に起因する可能性があると示唆される。
• GCI2に粘性広がりが観測されないことは、小スケール系における集団的挙動が有限のせん断粘性率を持つ流体的流れに起因するという解釈に疑問を呈する。