[论文解读] A `soft + hard' model for heavy-ion collisions

Károly Ürmössy, G. G. Barnaföldi+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 10, 2015

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 4被引用 6

一句话总结

该论文提出一种“软+硬”模型，通过结合微扰量子色动力学（pQCD）描述硬过程与基于多重数涨落的超统计切幂律函数描述夸克-胶子等离子体（QGP）的软产额，实现了对√s = 200 AGeV下AuAu碰撞中强子产生过程的分离。该模型成功拟合了不同中心度类别的中性π介子谱，表明随着碰撞中心度增加，软产额趋近热平衡行为，而硬产额则表现出与QCD演化一致的标度特性。

ABSTRACT

We describe the spectra of neutral pions stemming from AuAu collisions at $\sqrt s$ = 200 AGeV in a `soft + hard' model. The model is based on the assumptions that hadrons stemming from hard processes are described via perturbative quantum chromodynamics improved parton model calculations, while those stemming from the Quark-Gluon Plasma (we refer to as soft yields) can be described in a super-statistical model induced by multiplicity fluctuations. The obtained dependence of the parameters of the model on the event centrality is compared to what is observed in PbPb collisions at $\sqrt s$ = 2.76 ATeV.

研究动机与目标

• 在√s = 200 AGeV的AuAu碰撞中分离软与硬强子产额，其中pQCD在低pT区域失效。
• 基于多重数涨落的超统计框架建模软产额，得到切幂律分布。
• 将模型参数演化与LHC在√s = 2.76 ATeV下的PbPb数据进行比较，以检验软强子行为的普适性。
• 通过对比两种情景评估pQCD外推至低pT的有效性：(i) 直接在低pT区域使用pQCD，(ii) 将pQCD拟合至高pT数据后外推。

提出的方法

• 横动量谱建模为软与硬两部分之和：dN/(2πpT dpT dy) = f_hard + f_soft。
• 软与硬组分均采用切幂律函数描述：f_i = A_i [1 + (q_i - 1)/T_i (γ_i(m_T - v_i p_T) - m)]^{-1/(q_i - 1)}，其中 m = m_π⁰。
• 使用多普勒频移温度 T_i^Dopp 近似有效温度，其中 T_i^Dopp = T_i √[(1 + v_i)/(1 - v_i)]。
• 模型通过两种情景拟合PHENIX在不同中心度类别的AuAu碰撞中π⁰谱数据：(i) 在低pT区域直接使用pQCD，(ii) 将pQCD拟合至高pT数据后外推。
• 参数 q 和 T^Dopp 作为 N_part（参与核子数）的函数进行拟合，采用对数拟合形式：q_i = q_{2,i} + μ_i ln(N_part/2)，T^Dopp_i = T_{1,i} + τ_i ln(N_part)。
• 软产额被解释为源于负二项分布中的多重数涨落，通过超统计推导出切幂律分布。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于多重数涨落的超统计模型能否准确描述RHIC下AuAu碰撞中软强子产额？
• RQ2 在√s = 200 AGeV的AuAu碰撞中，软与硬组分的参数如何随事件中心度（N_part）演化？
• RQ3 在低横动量区域（pT ≤ 6 GeV/c）pQCD对硬产额的预测是否有效，还是必须依赖唯象学外推？
• RQ4 RHIC（AuAu，√s = 200 AGeV）与LHC（PbPb，√s = 2.76 ATeV）数据中软与硬组分的拟合参数如何比较？
• RQ5 随着中心度或能量增加，软产额参数 q 是否趋近于1，表明系统向热平衡状态转变？

主要发现

• 软产额参数 q_soft 和 T^Dopp_soft 随中心度增加而上升，表明在中心碰撞中系统更热且非广延性更强。
• 拟合得到的 T^Dopp_soft 值在不同实验中分别约为165 MeV（PHENIX）、266 MeV（ALICE）和310 MeV（CMS），在考虑流场修正后与QGP相变温度（约170 MeV）附近的热源一致。
• q_soft 参数随中心度增加趋近于1.07，表明随着多重数涨落减小，系统更趋向于热平衡行为。
• 在基于pQCD的外推情景（ii）中，软产额分布近似为指数形式，支持软强子为热粒子的假设，前提是pQCD在低pT区域有效。
• 硬产额参数 q_hard 随 √s 增加而上升，而 T_hard / √s 下降，与文献[3]中观测到的QCD标度行为一致。
• PHENIX（AuAu，√s = 200 AGeV）的模型参数与ALICE和CMS（PbPb，√s = 2.76 ATeV）的参数在定性上具有良好一致性，表明软强子行为在不同能量下具有普适性。