[论文解读] Anisotropic flow and flow fluctuations of identified hadrons in Pb$-$Pb collisions at $\sqrt{s_{\mathrm{NN}}}$ = 5.02 TeV

Acharya, Shreyasi, Adamova, Dagmar+1045 more|arXiv (Cornell University)|Jun 9, 2022

High-Energy Particle Collisions Research被引用 2

一句话总结

本论文首次报道了在 √sNN = 5.02 TeV 的 Pb–Pb 碰撞中，对已识别强子——π±、K±、p+p、K0S、Λ+Λ、φ、Ξ−+Ξ+ 和 Ω−+Ω+——的 pT-微分椭圆流（v2）和流涨落的测量，采用二阶与四阶累积量方法。结果揭示了低 pT 下的质量排序效应，以及中等 pT 下的组分夸克标度，且粒子种类依赖的流涨落表明末态强子相互作用显著。与 CoLBT 模型的比较进一步证实了流体动力学、集团价成形与喷注碎裂在 pT 全谱范围内的关键作用。

ABSTRACT

The first measurements of elliptic flow of $π^\pm$, ${ m K}^\pm$, p+$\overline{ m p}$, ${ m K_{S}^0}$, $Λ$+$\overlineΛ$, $ϕ$, $Ξ^-$+$Ξ^+$, and $Ω^-$+$Ω^+$ using multiparticle cumulants in Pb$-$Pb collisions at $\sqrt{s_{ m NN}}$ = 5.02 TeV are presented. Results obtained with two- ($v_2\{2\}$) and four-particle cumulants ($v_2\{4\}$) are shown as a function of transverse momentum, $p_{ m T}$, for various collision centrality intervals. Combining the data for both $v_2\{2\}$ and $v_2\{4\}$ also allows us to report the first measurements of the mean elliptic flow, elliptic flow fluctuations, and relative elliptic flow fluctuations for various hadron species. These observables probe the event-by-event eccentricity fluctuations in the initial state and the contributions from the dynamic evolution of the expanding quark-gluon plasma. The characteristic features observed in previous $p_{ m T}$-differential anisotropic flow measurements for identified hadrons with two-particle correlations, namely the mass ordering at low $p_{ m T}$ and the approximate scaling with the number of constituent quarks at intermediate $p_{ m T}$, are similarly present in the four-particle correlations and the combinations of $v_2\{2\}$ and $v_2\{4\}$. In addition, a particle species dependence of flow fluctuations is observed that could indicate a significant contribution from final state hadronic interactions. The comparison between experimental measurements and CoLBT model calculations, which combine the various physics processes of hydrodynamics, quark coalescence, and jet fragmentation, illustrates their importance over a wide $p_{ m T}$ range.

研究动机与目标

• 利用多粒子累积量测量 √sNN = 5.02 TeV Pb–Pb 碰撞中已识别强子的 pT-微分各向异性流（v2）。
• 从 v2{2} 与 v2{4} 数据中提取平均椭圆流、椭圆流涨落与相对椭圆流涨落，以探究初始态几何涨落与夸克-胶子等离子体的动力学演化。
• 通过粒子种类依赖的流涨落，研究初始态几何、流体动力学膨胀与末态强子相互作用之间的相互作用。
• 在宽广的 pT 范围内，检验结合了流体动力学、夸克集团价成形与喷注碎裂的 CoLBT 模型对实验数据的预测能力。

提出的方法

• 利用二阶累积量（v2{2}）与四阶累积量（v2{4}）测量 v2，以抑制非流相关性并提取流涨落。
• 通过结合 v2{2} 与 v2{4} 数据，提取平均 v2、流涨落（σv2）与相对流涨落（σv2 / ⟨v2⟩）。
• 分析多种强子种类（介子、重子、共振态）在多个中心度区间内的 pT 依赖 v2，以研究体系演化过程。
• 将实验结果与包含粘性流体动力学、夸克集团价成形与喷注碎裂的 CoLBT 模型计算结果进行比较。
• 通过方位角粒子分布的傅里叶分解定义 v2 = ⟨cos[2(ϕ − Ψ2)]⟩，其中 Ψ2 为事件相关的对称平面。
• 应用累积量方法抑制非流效应，以在高多重度事件中分离真实的流关联。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 5.02 TeV Pb–Pb 碰撞中，不同已识别强子种类的椭圆流及其涨落如何随横动量（pT）变化？
• RQ2 观测到的 v2 图样——低 pT 下的质量排序与中等 pT 下的组分夸克标度——在四阶累积量测量中是否依然成立？
• RQ3 粒子种类依赖的流涨落揭示了末态强子相互作用在膨胀的夸克-胶子等离子体中所起的作用如何？
• RQ4 包含流体动力学、集团价成形与喷注碎裂的 CoLBT 模型计算，对全 pT 范围内 v2 与涨落数据的描述能力如何？

主要发现

• 低 pT 下 v2 的质量排序（较重粒子效应较弱）在四阶累积量测量中依然保持，证实其源于集体膨胀与热化过程。
• 在中等 pT 范围（200 MeV/c < pT < 1.0 GeV/c）内，v2 与组分夸克数近似标度，且在 v2{2} 与 v2{4} 中均观测到该现象，支持夸克集团价成形为占主导地位的产生机制。
• 观测到显著的粒子种类依赖流涨落，较重强子（如 Ξ、Ω）表现出更大的相对涨落，表明末态强子再散射有非平凡贡献。
• 包含流体动力学、夸克集团价成形与喷注碎裂的 CoLBT 模型，能良好描述 v2 与流涨落的全 pT 谱，凸显三种机制的共同重要性。
• v2{2} 与 v2{4} 的结合首次实现了对已识别强子的平均 v2、σv2 与相对 σv2 / ⟨v2⟩ 的提取，为研究事件相关的初始几何涨落提供了新途径。
• 从数据中推断出非高斯初始态涨落，与先前研究一致，并通过 pT-微分涨落探究了其对流的影响。