[论文解读] Emergence of Long-Range Angular Correlations in Low-Multiplicity Proton-Proton Collisions

S. Acharya, D. Adamová+1062 more|arXiv (Cornell University)|Nov 24, 2023

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 47被引用 2

一句话总结

本研究利用ALICE实验数据，在√s = 13 TeV下对低多重度质子-质子碰撞中的长程角度关联（脊状产额）进行了高精度测量，精度可达⟨Nch⟩ ≲ 24。结果表明，pp碰撞中的脊状产额显著高于在√s = 91 GeV和183–209 GeV下进行的e+e−碰撞中的结果，而后者初始态效应可忽略，表明仅靠初始态动力学无法解释观测到的关联，提示小系统中存在末态集体性。

ABSTRACT

This Letter presents the measurement of near-side associated per-trigger yields, denoted ridge yields, from the analysis of angular correlations of charged hadrons in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV. Long-range ridge yields are extracted for pairs of charged particles with a pseudorapidity difference of 1.4 < |Δη| < 1.8 and a transverse momentum of 1 < p$_T$ < 2 GeV/c, as a function of the charged-particle multiplicity measured at midrapidity. This Letter extends the measurements of the ridge yield to the low multiplicity region, where in hadronic collisions it is typically conjectured that a strongly interacting medium is unlikely to be formed. The precision of the new low multiplicity results allows for the first direct quantitative comparison with the results obtained in e$^+$e$^-$ collisions at $\sqrt{s}$ = 91 GeV and $\sqrt{s}$ = 183–209 GeV, where initial-state effects such as preequilibrium dynamics and collision geometry are not expected to play a role. In the multiplicity range 8 ≲ ⟨N$_{ch}$⟩ ≲ 24 where the e$^+$e$^-$ results have good precision, the measured ridge yields in pp collisions are substantially larger than the limits set in e$^+$e$^-$ annihilations. Consequently, the findings presented in this Letter suggest that the processes involved in e$^+$e$^-$ annihilations do not contribute significantly to the emergence of long-range correlations in pp collisions.

研究动机与目标

• 在√s = 13 TeV下对低多重度pp碰撞中的长程角度关联（脊状产额）进行高精度测量。
• 检验初始态效应（如非平衡动力学或束流残留贡献）是否足以解释pp碰撞中观测到的脊状结构。
• 实现pp碰撞与e+e−碰撞之间的直接定量比较，后者因设计原因不存在此类初始态效应。
• 约束初始态动力学在小强子系统中集体性出现过程中的作用。
• 评估末态相互作用及类似介质效应在低多重度pp碰撞中的相关性，尽管不存在热化介质。

提出的方法

• 利用LHC上ALICE实验的数据，分析√s = 13 TeV下pp碰撞中带电强子的角度关联。
• 通过V0探测器的最小迹触发，选择低带电强子多重度事件（⟨Nch⟩ ≲ 24）。
• 测量粒子对在1.4 < |Δη| < 1.8且1 < pT < 2 GeV/c范围内的近边脊状产额，按触发粒子归一化。
• 使用2017–2018年收集的约1.3×10⁹个最小迹触发pp碰撞的高统计量数据样本。
• 将结果与e+e−碰撞中已归档的ALEPH数据直接比较，后者在√s = 91 GeV和183–209 GeV下初始态效应可忽略。
• 通过与PYTHIA 8.3和EPOS LHC事件生成器模拟结果比较，评估模型依赖性。

实验结果

研究问题

• RQ1 pp碰撞中的初始态效应是否足以解释低多重度下观测到的长程脊状关联？
• RQ2 在低多重度pp碰撞中，脊状产额与不存在初始态动力学的e+e−碰撞相比，其定量差异如何？
• RQ3 末态相互作用或类似介质效应在小系统中对脊状结构形成的贡献程度如何？
• RQ4 pp碰撞中观测到的脊状产额是否与标准蒙特卡罗生成器PYTHIA 8.3的预测一致？
• RQ5 在缺乏热化夸克-胶子等离子体的条件下，集体动力学在低多重度pp碰撞中扮演何种角色？

主要发现

• 在√s = 13 TeV下测量的pp碰撞脊状产额显著高于在√s = 91 GeV和183–209 GeV下e+e−碰撞中设定的上限，且两者多重度范围相同（⟨Nch⟩ ≲ 24）。
• 这一定量差异表明，初始态效应（如非平衡动力学或束流残留）无法解释pp碰撞中观测到的脊状结构。
• 结果排除了e+e−湮灭过程（其中未观测到脊状结构）对pp碰撞中脊状结构形成有显著贡献的可能性。
• 即使在低多重度下，pp碰撞中的脊状产额仍保持显著，表明末态集体性或类似介质效应可能在起作用。
• 数据明显偏离PYTHIA 8.3的预测，表明该模型低估了低多重度pp碰撞中的长程关联。
• EPOS LHC模型对数据的描述优于PYTHIA 8.3，支持在小系统中存在介质诱导效应的作用。