[论文解读] Comments on the CMS discovery of the "Ridge" in High Multiplicity pp collisions at LHC

Edward Shuryak|arXiv (Cornell University)|Sep 23, 2010

High-Energy Particle Collisions Research被引用 5

一句话总结

本文提出，LHC高多重性pp碰撞中观测到的“脊”相关性可能表明存在类似重离子碰撞中所见的流体动力学性爆炸行为，暗示在小系统中形成了类似夸克胶子等离子体（QGP）的态。作者认为，快速度范围内长程、窄方位角相关性的最佳解释是来自强相互作用、致密介质的集体径向流，而非喷注相关机制。

ABSTRACT

A very recent paper by the CMS collaboration \cite{cms_ridge} has created large discussion in the media, which call it important but did not explain why, in some places even calling it "unundestandable". While it is of course too soon to know what causes the correlations in question, a very similar observation in heavy ion collisions at RHIC has rather simple explanation related to explosion of high energy density matter. Perhaps this observation is the first hint for an explosive behavior in pp, which was anticipated and looked for for decades, yet never been seen.

研究动机与目标

• 将CMS在高多重性pp碰撞中观测到的“脊”解释为集体流体动力学行为的潜在信号。
• 探讨pp系统中脊现象是否可指示形成类似重离子中夸克胶子等离子体的致密强相互作用介质。
• 推动实验检验以区分流体动力学流与喷注基解释对脊现象的贡献。
• 考察高多重性pp碰撞是否触发向类似RHIC中AuAu碰撞的流体动力学区的相变。
• 为未来数据分析提供理论指导，特别是关于脊区域内粒子谱及重子/介子比值的分析。

提出的方法

• 将pp碰撞中的脊现象与RHIC中AuAu碰撞的成熟流体动力学流进行比较，后者通过径向流和集体膨胀解释长程相关性。
• 使用带有径向流的流体动力学模型描述粒子谱，假设所有次级粒子（包括π介子、K介子和质子）来自同一源。
• 应用AdS/CFT框架分析热与非热区之间的转变，表明在高能量密度下存在急剧的相变。
• 将脊建模为靠近色弦的局部爆炸源（例如“爆炸棒”），其衰变产物在横向上均匀向外喷射。
• 提出高多重性事件可能提供足够的能量密度，以触发即使在小系统中也呈现集体流体动力学样膨胀。
• 利用脊区域观测到的重子/介子比值增强作为诊断工具，以排除喷注基解释。

实验结果

研究问题

• RQ1 高多重性pp碰撞中的脊相关性是否可由集体流体动力学流解释，而非喷注碎片化？
• RQ2 在LHC能量下pp碰撞中是否存在向强相互作用致密介质的相变证据，类似于重离子中的夸克胶子等离子体？
• RQ3 观测到的脊是否表现出径向流，如粒子谱和动量分布所示？
• RQ4 多重性在触发小系统中流体动力学样响应中起何作用？
• RQ5 脊内重子/介子比值能否区分流体动力学与喷注基机制？

主要发现

• 高多重性pp碰撞中的脊表现出快速度范围内的长程相关性及窄方位角相关性（Δφ < 1），与AuAu碰撞中的脊相似。
• 在普通（最小偏差）pp碰撞中脊不存在，表明其存在与高能量密度或多重性存在阈值效应。
• 脊区域观测到的粒子谱与流体动力学模型中QGP形成所见的径向流一致。
• 在pT = 1–3 GeV范围内，脊区域的重子/介子比值增强约10倍，符合流体动力学流预期，从而排除喷注基解释。
• 脊在pp系统中的存在表明，高多重性下可能存在向流体动力学区的相变，类似于重离子中QGP的形成。
• 基于AdS/CFT的理论模型表明，非热与热（流体动力学）区之间存在急剧转变，支持小系统中集体相存在的观点。