[论文解读] Correlations and Fluctuations in the Initial State of high energy Heavy Ion Collisions

Christoffer Flensburg|arXiv (Cornell University)|Aug 24, 2011

High-Energy Particle Collisions Research被引用 6

一句话总结

该论文提出了一种基于辐射体模型与BFKL动力学及饱和效应的蒙特卡洛事件生成器DIPSY，用于模拟高能重离子碰撞中的初态涨落与关联。该模型预测在ε₂与ε₃的偏心率中存在强烈的快度关联，且由于饱和导致的胶子链合并，使中心碰撞中的长程关联减弱，为初态几何结构在方位流中的可检验信号提供了依据。

ABSTRACT

Initial states of high energy heavy ion collisions are studied using a dipole model through the DIPSY event generator that dynamically includes saturation together with the fluctuations and correlations of the BFKL cascade. The eccentricities of first up to fourth moment are calculated at RHIC and LHC. Predictions are made for correlations and fluctuations in rapidity of the eccentricities, and conventional theoretical approximations are tested. A large set of initial state Au-Au, Cu-Au and Pb-Pb collisions have been generated and are published online.

研究动机与目标

• 使用基于辐射体的蒙特卡洛生成器，结合饱和与BFKL动力学，对高能重离子碰撞中的初态涨落与关联进行建模。
• 通过与完整的事件逐事件模拟对比，检验传统理论对快度中偏心率关联的近似处理方法。
• 为RHIC与LHC能量下的Au-Au、Cu-Au与Pb-Pb碰撞提供公开可获取的事件数据集，用于初态研究。
• 研究饱和效应对初态横向关联及束管状结构的影响。
• 预测初态几何结构的可观测信号，如偏心率大小与方向在快度上的关联。

提出的方法

• DIPSY事件生成器在影响参数空间中实现辐射体模型，通过运行的αs与能量守恒，利用BFKL动力学演化胶子链。
• 通过幺正化与“辐射体摆动”机制引入饱和效应，该机制允许在级联演化过程中胶子链发生合并。
• 通过追溯虚拟级联中的主干胶子，构建t=0时刻的初态，并利用标准公式计算偏心率εₙ，该公式涉及横向位置与角度。
• 通过计算前向与后向快度区域（η ∈ [-3,-2] 与 [2,3]）中εₙ之间的相关系数ρₙ，以及由某一区域中胶子触发的关联胶子数n_corr，研究快度关联。
• 追踪光锥动量排序，并引入胶子质量以模拟禁闭效应并抑制大尺寸辐射体的发射。
• 在√sNN = 200 GeV与2.76 TeV能量下，生成Au-Au、Cu-Au与Pb-Pb碰撞的初态，并通过http://home.thep.lu.se/christof/DIPSYEvents/ 公开发布。

实验结果

研究问题

• RQ1 在RHIC与LHC能量下，初态偏心率εₙ在快度上的关联如何随碰撞中心度与体系类型（Au-Au、Cu-Au、Pb-Pb）变化？
• RQ2 饱和效应在多大程度上抑制了重离子碰撞中前向与后向快度区域之间的长程横向关联？
• RQ3 ε₂在大小与方向上的关联与ε₃和ε₄相比如何？这反映了系统性效应与涨落驱动效应的何种主导作用？
• RQ4 不同快度区间内胶子之间的横向关联的空间范围与强度如何？在中心与外围碰撞中存在何种差异？
• RQ5 饱和环境中是否减少了对向快度区域中关联胶子的数量？这是否可与双碰撞近似失效相联系？

主要发现

• 在RHIC能量（200 GeV）下，中等中心度Au-Au碰撞中，前向与后向快度区域ε₂之间的相关系数ρ₂为0.88，表明存在强烈的快度关联。
• 在LHC Pb-Pb碰撞中，ρ₂为0.88，ρ₃与ρ₄分别为0.71与0.69，表明由于ε₂具有系统性起源，其在快度上的关联最强。
• 在中心Au-Au碰撞（b=0）中，关联胶子数n_corr在外部距离（R ≈ 5 fm）处约为0.4，但在中心区域（R ≈ 0）显著下降，表明饱和效应导致抑制。
• 由于饱和环境中平均辐射体尺寸减小，中心碰撞中的横向关联范围相比外围碰撞缩短了约两倍。
• 中心碰撞中关联减弱的原因是通过“辐射体摆动”机制发生的胶子链合并，破坏了快度方向上传播的束管状结构。
• 结果表明，传统双碰撞近似（即束管独立传播）在重离子碰撞的致密饱和区域中已失效。