[论文解读] Collective flow and hydrodynamics in large and small systems at the LHC

Huichao Song, Y. Zhou+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 2, 2017

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 213被引用 6

一句话总结

本文综述了大型（Pb–Pb）和小型（p–Pb，p–p）系统在LHC中的集体流和流体动力学行为，表明流体动力学模型能够成功描述高多重性小型系统中的流谐波和关联，表明尽管系统尺寸较小，仍存在集体行为。其主要贡献在于提供了证据，表明小型系统中的夸克-胶子等离子体表现出流体动力学行为，挑战了传统上认为集体行为仅在大系统中出现的假设。

ABSTRACT

In this article, we briefly review the recent progress on collective flow and hydrodynamics in large and small systems at the Large Hadron Collider (LHC), which includes the following topics: extracting the QGP viscosity from the flow data, initial state fluctuations and final state correlations in 2.76 A TeV Pb--Pb collisions, correlations and collective flow in high energy p--Pb and p--p collisions.

研究动机与目标

• 研究LHC中小碰撞系统中集体流的出现，挑战仅大系统表现出流体动力学行为的传统观念。
• 评估流体动力学模型是否能定量描述高多重性p–Pb和p–p碰撞中的流观测量。
• 探讨初始态涨落和末态关联在不同系统尺寸下对流模式形成的作用。
• 将小型系统中的流数据与外围Pb–Pb碰撞中的数据进行比较，评估集体动力学的相似性。
• 利用多谐波流测量约束夸克-胶子等离子体的黏滞性和输运性质。

提出的方法

• 分析ALICE、ATLAS、CMS和PHENIX实验在LHC上Pb–Pb、p–Pb和p–p碰撞中√sNN = 2.76 TeV和5.02 TeV下的方位角关联数据。
• 使用事件逐次流体动力学模拟和混合模型，将初始态几何结构和涨落与末态流谐波（v₂, v₃, v₄）联系起来。
• 应用流谐波测量（vₙ）和高阶累积量（如四粒子累积量）探测单粒子谱之外的关联和集体性。
• 将高多重性p–Pb事件中的流模式与外围Pb–Pb事件中的流模式进行比较，以识别类似流体动力学的行为。
• 评估初始态涨落在事件逐次模拟中通过生成三角流和四角流的作用。
• 将流体动力学模型与实验数据（包括v₂质量顺序和流矢量去相关性）进行对比，以验证集体行为。

实验结果

研究问题

• RQ1 流体动力学模型能否成功描述LHC中高多重性p–Pb和p–p碰撞中的集体流？
• RQ2 初始态涨落在小型系统中生成流谐波的过程中起什么作用？
• RQ3 小型系统中的流观测量与外围Pb–Pb碰撞中的流观测量在定量上如何比较？
• RQ4 在小型系统中观察到四粒子累积量符号变化，对集体性的本质意味着什么？
• RQ5 小型系统中的夸克-胶子等离子体在多大程度上表现出接近完美流体的特性，如低黏滞性？

主要发现

• 在√sNN = 5.02 TeV下，高多重性p–Pb碰撞表现出与√sNN = 2.76 TeV下外围Pb–Pb碰撞相似的两体关联结构，当多重性匹配时。
• 在高多重性p–Pb碰撞中观察到四粒子累积量符号变化，表明存在非平凡的、超越独立粒子发射的集体动力学。
• 在高多重性p–Pb碰撞中识别出的强子表现出v₂中的质量排序模式，与流体动力学流预测一致。
• 流体动力学模拟成功再现了小型系统中流数据的关键特征，支持集体膨胀的存在。
• 从小型系统中提取的剪切黏滞系数与熵密度之比（η/s）与大型系统中夸克-胶子等离子体的值一致，表明其接近完美流体。
• 小型系统中事件逐次流谐波分布以及流矢量之间的相关性表现出与大型系统相似的结构，进一步支持集体行为的存在。