[论文解读] AdS/CFT predictions for azimuthal and momentum correlations of $b\bar{b}$ pairs in heavy ion collisions

R. Hambrock, W. A. Horowitz|arXiv (Cornell University)|Mar 16, 2017

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 2被引用 4

一句话总结

本研究采用基于AdS/CFT的能量损失模型，该模型对热涨落敏感，用于计算在$ sqrt{s} = 2.76$ TeV下的Pb+Pb碰撞中$b\bar{b}$对的方位角和动量关联。结果表明，强耦合等离子体比弱耦合等离子体更能有效保持动量关联，在强耦合情况下，低横向动量（$1-4$ GeV）$b\bar{b}$对的产额高出一个数量级，表明强耦合介质中具有更强的内在动量关联保持能力。

ABSTRACT

We use an energy loss model sensitive to thermal fluctuations to compute the azimuthal and momentum correlations of $b\bar{b}$ pairs traversing a strongly coupled plasma from Pb+Pb collisions at LHC ($\sqrt{s}=2.76 ext{TeV}$). The azimuthal correlations are compared with those from perturbative QCD based simulations. When restricted to leading order production processes, we find that the strongly coupled correlations of high transverse momentum pairs ($>4 ext{GeV}$) are broadened less efficiently than the corresponding weak coupling based correlations, while low transverse momentum pairs (1-4GeV) are broadened with similar efficiency, but with an order of magnitude more particles ending up in this momentum class. The strong coupling momentum correlations we compute account for initial correlations and reveal that the particle pairs suppressed from initially high momenta to the low momentum domain do not suffice to explain the stark difference to the weak coupling results in momentum correlations for 1-4GeV. From this, we conclude that $b\bar{b}$ pairs are more likely to stay correlated in momentum when propagating through a strongly coupled plasma than a weakly coupled one.

研究动机与目标

• 研究强耦合（AdS/CFT）与弱耦合（pQCD）夸克胶子等离子体模型中$b\bar{b}$对动量与方位角关联的差异。
• 确定动量关联是否可作为区分重离子碰撞中弱耦合与强耦合等离子体区域的微分可观测量。
• 评估初始动量关联与热涨落在强耦合介质中最终态$b\bar{b}$对分布形成中的作用。
• 评估低-$p_T$关联差异是否源于初始态效应，或源于两种框架中不同的能量损失动力学。

提出的方法

• 采用受AdS/CFT启发的朗之万能量损失模型，引入随机动量冲量，通过非马尔可夫相关函数引入热涨落。
• 使用两个't Hooft耦合值（$\lambda = 5.5$ 和 $\lambda \approx 11.3$）探测强耦合的不同区域，其中$T$与$\lambda$相等或能量密度与$\lambda$相等。
• 利用FONLL（Leading Order）和aMC@NLO（Next-to-Leading Order）模拟$b\bar{b}$对产生，采用Herwig++进行部分子喷注，并使用Glauber二元标度确定初始空间分布。
• 通过阻力项与涨落项追踪粒子在等离子体中的动量演化，其中$\mu \propto \sqrt{\lambda}T^2/M_Q$ 与 $\kappa_T \propto \sqrt{\lambda}T^3$，建模非白噪声相关性。
• 在不同$p_T$区间比较方位角（$dN/d\phi$）与动量（$dN/d\Delta p_T$）关联，包括对初始动量类别的追踪以隔离抑制效应。
• 将比较限制在与先前pQCD研究相同的中心度（$40-60\%$）与$p_T$范围，以保证一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在$\sqrt{s} = 2.76$ TeV下，强耦合等离子体中$b\bar{b}$的方位角关联与弱耦合等离子体相比在定量上如何？
• RQ2 初始动量关联在强耦合与弱耦合模型之间最终态动量分布差异中所起的作用有多大？
• RQ3 为何AdS/CFT模型中低横向动量（$1-4$ GeV）$b\bar{b}$对的产额比pQCD基模拟高出一个数量级？
• RQ4 弱耦合等离子体中高-$p_T$对的更强抑制是否解释了观测到的动量关联差异，还是由于更强的动量涨落？
• RQ5 动量关联能否作为区分弱耦合与强耦合夸克胶子等离子体模型的稳健判据？

主要发现

• 在$p_T > 4$ GeV范围内，AdS/CFT模型中的方位角关联比pQCD基模拟的展宽效率更低，表明强耦合情况下角退相干更弱。
• 在$1-4$ GeV $p_T$范围内，AdS/CFT模型中动量关联的展宽效率与pQCD相似，但该类粒子的数目高出一个数量级。
• 仅靠初始动量关联无法解释观测到的约10倍低-$p_T$产额差异，意味着强耦合模型更有效地保持了动量关联。
• 数据表明，当穿越强耦合等离子体时，$b\bar{b}$对更可能保持动量关联，而弱耦合等离子体中则不然。
• 在$\alpha_s = 0.3$的AdS/CFT模型中，$[1-4]$ GeV动量关联几乎完全被抹去，而$\lambda = 5.5$模型仍保留显著结构，表明对耦合参数具有敏感性。
• 结果表明，弱耦合等离子体中动量涨落更强，导致更大的退相干效应，并更有效地将低-$p_T$对向上散射至更高$p_T$区间。