[论文解读] Creating small circular, elliptical, and triangular droplets of quark-gluon plasma

C. Aidala, Y. Akiba+318 more|arXiv (Cornell University)|May 8, 2018

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 39被引用 108

一句话总结

该论文在200 GeV的小系统 p+Au、d+Au、3He+Au 碰撞中报告了椭圆形和三角形流，支持在这些系统中形成水成物质QGP的流体动力学。

ABSTRACT

The experimental study of the collisions of heavy nuclei at relativistic energies has established the properties of the quark-gluon plasma (QGP), a state of hot, dense nuclear matter in which quarks and gluons are not bound into hadrons. In this state, matter behaves as a nearly inviscid fluid that efficiently translates initial spatial anisotropies into correlated momentum anisotropies among the produced particles, producing a common velocity field pattern known as collective flow. In recent years, comparable momentum anisotropies have been measured in small-system proton-proton ($p$$+$$p$) and proton-nucleus ($p$$+$$A$) collisions, despite expectations that the volume and lifetime of the medium produced would be too small to form a QGP. Here, we report on the observation of elliptic and triangular flow patterns of charged particles produced in proton-gold ($p$$+$Au), deuteron-gold ($d$$+$Au), and helium-gold ($^3$He$+$Au) collisions at a nucleon-nucleon center-of-mass energy $\sqrt{s_{_{NN}}}$~=~200 GeV. The unique combination of three distinct initial geometries and two flow patterns provides unprecedented model discrimination. Hydrodynamical models, which include the formation of a short-lived QGP droplet, provide a simultaneous description of these measurements.

研究动机与目标

• 激发在有限体积中研究小型碰撞系统的集体性，以测试是否形成QGP。
• 探索初始几何形状（圆形、椭圆形、三角形）如何影响流观测量。
• 通过几何变化的碰撞区分水动力学QGP形成与初始态动量相关性模型。
• 量化v2和v3随横向动量的函数，以评估各系统中的集体行为。

提出的方法

• 测量在sqrt(sNN)=200 GeV下p+Au、d+Au、3He+Au碰撞中最终态粒子的方位角分布dN/dphi。
• 将方位角分布分解为傅里叶级数，以提取v_n(pT)和事件平面角psi_n。
• 用MC Glauber模型表征初始几何以计算空间偏心率epsilon_n。
• 使用水动力学演化模型将初始几何与最终态流模式联系起来。
• 将实验的v2和v3趋势与三个系统的水动力学预测进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 小型碰撞系统是否能展现出类似于大型离子碰撞的集体流模式？
• RQ2 初始几何配置（圆形、椭圆形、三角形）如何转化为小系统中测得的v2和v3？
• RQ3 含有QGP形成的水动力学模型是否比初始态动量相关性情景更好地描述观测到的流？

主要发现

• 在200 GeV的p+Au、d+Au和3He+Au碰撞中观测到椭圆形（v2）和三角形（v3）流。
• 初始几何在各系统中变化，其中epsilon2和epsilon3在d+Au和3He+Au中由固有几何驱动，在p+Au中由涨落驱动。
• 包含短寿命QGP液滴的水动力学模型能够同时描述三个系统中的观测流模式。
• 这些数据为水动力学QGP形成与非QGP初始态动量相关解释之间提供了区分性测试。
• 三种不同初始几何和两种流模式的组合提供了前所未有的模型区分度。