[论文解读] Elliptic flow in high multiplicity proton-proton collisions at $\sqrt s$ = 14 TeV as a signature of deconfinement and quantum energy density fluctuations

G. Ortona, Gabriel S. Denicol+2 more|ArXiv.org|Nov 26, 2009

High-Energy Particle Collisions Research被引用 9

一句话总结

本研究利用理想的3+1维流体动力学模拟，表明在√s = 14 TeV的高多重性质子-质子碰撞中，由于初始能量密度的量子涨落，可产生椭圆流（$v_2 \approx 3\%$），这暗示了小系统中可能存在禁闭的解除与集体行为。结果表明，这种流在大型强子对撞机（LHC）上可被测量，并且与初始态涨落有关，而非几何效应。

ABSTRACT

At LHC extreme values of energy density will be reached even for proton-proton collisions. Such values of energy density may be large enough to generate a collective motion in the products of the collision, therefore generating effects such as elliptic flow. Using ideal 3+1D hydrodynamical simulations, we show that elliptic flow can occur at least for top multiplicities p-p events at LHC and that the intensity of such effect is strongly related to quantum fluctuations in the initial proton energy distribution.

研究动机与目标

• 研究椭圆流是否可在LHC能量下，由于初始能量密度高而出现在高多重性质子-质子碰撞中。
• 确定此类流是否为小系统中禁闭解除与热化现象的特征信号。
• 探讨初始能量密度分布中量子涨落作为初始偏离度来源的作用。
• 评估在$\sqrt{s} = 14$ TeV下，pp碰撞中椭圆流的实验可探测性。
• 评估在初始条件和方程状态变化下，$v_2$预测的鲁棒性。

提出的方法

• 在双曲坐标系中使用理想3+1维相对论流体动力学与光滑粒子流体动力学（SPH）方法。
• 通过高斯分布质子分布的叠加建模初始能量密度，并引入量子涨落。
• 采用因子化初始能量密度分布，结合横向与纵向分量。
• 在$T_f = 130$ MeV时应用Cooper-Frye冻结-out程序，提取末态粒子分布。
• 通过傅里叶分解从方位角粒子分布计算$v_2$。
• 测试结果对初始偏离度、$K$以及纵向宽度$\eta_g$变化的敏感性。

实验结果

研究问题

• RQ1 椭圆流是否可在$\sqrt{s} = 14$ TeV的高多重性pp碰撞中，由于高能量密度而出现？
• RQ2 所观测到的椭圆流是否主要由初始能量密度的量子涨落驱动，而非几何效应？
• RQ3 $v_2$的大小如何依赖于初始偏离度和系统参数？
• RQ4 在LHC的pp碰撞中，$v_2 \approx 3\%$是否可被实验分辨？
• RQ5 结果对状态方程和冻结-out温度变化的鲁棒性如何？

主要发现

• 在$\sqrt{s} = 14$ TeV下，高多重性pp碰撞中预测的椭圆流为$v_2 \approx 3\%$，初始偏离度为17%。
• 积分后的$v_2$值与初始偏离度成正比，证实其依赖于初始态涨落。
• 只要总熵保持不变，结果对$K$和$\eta_g$的变化具有鲁棒性。
• 在全快度区或中快度区域积分时，$v_2$值几乎不变。
• 由于初始偏离度具有随机性和量子起源，椭圆流在事件之间将表现出显著波动。
• 本研究表明，经过去除非流效应后，ALICE实验中可探测到几个百分点量级的$v_2$值。