[论文解读] Hydrodynamics for relativistic heavy ion collisions

Piotr Bożek, Wojciech Broniówski+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 13, 2012

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 1被引用 3

一句话总结

本文提出了一种用于RHIC和LHC能量下重离子碰撞的3+1维黏性流体动力学模型，采用来自Glauber模型的平均与涨落初始条件。该模型成功再现了Au-Au和Pb-Pb碰撞中的横向动量谱、费米子尺度半径以及流涨落，同时通过引入局部电荷守恒机制，解释了二强子关联中的同侧山脊结构。

ABSTRACT

Simulations of the viscous hydrodynamic model for relativistic heavy-ion collisions at RHIC and LHC energies are presented. Results for spectra, femtoscopy radii, and transverse momentum fluctuations are favorably compared to the experimental data. Effects of the local charge conservation on correlation observables are also studied.

研究动机与目标

• 开发一种黏性流体动力学框架，以准确描述相对论性重离子碰撞中的集体流与粒子谱函数。
• 研究初始几何的事件逐次涨落对流系数与横向动量涨落的影响。
• 模拟强子化过程中由局部电荷守恒引起的非流电荷关联及其对二强子关联函数的影响。
• 评估剪切黏度与体积黏度对椭圆流与费米子尺度半径等可观测量的影响。
• 评估初始尺寸涨落对流体动力学响应的影响，及其与测量到的横向动量涨落之间的关联。

提出的方法

• 采用具有平滑状态方程及有限剪切黏度与体积黏度（η/s = 0.08，ζ/s = 0.04）的3+1维黏性流体动力学模型。
• 利用光学Glauber模型的平均初始条件，以及其蒙特卡洛实现方式，进行事件逐次模拟的涨落初始条件。
• 使用THERMINATOR事件生成器模拟冻结-out时的粒子发射与共振衰变。
• 在冻结-out时引入电荷平衡机制，以模拟同侧二强子关联中的非流效应。
• 通过关联火球尺寸的均方根涨落与平均横向动量的涨落，分析横向动量涨落。
• 将模拟的可观测量——谱函数、费米子尺度半径、流系数与关联函数——与ALICE和PHENIX的实验数据进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 黏性流体动力学结合涨落初始条件在多大程度上能够再现2.76 TeV的Pb-Pb与200 GeV的Au-Au碰撞中观测到的横向动量谱与费米子尺度半径？
• RQ2 事件逐次的初始几何涨落如何影响小系统（如p-Pb与d-Pb）中的椭圆流与三角流系数？
• RQ3 初始火球尺寸涨落在多大程度上导致最终态中可测量的横向动量涨落？
• RQ4 强子化过程中的局部电荷守恒如何影响二维二强子关联函数的结构，特别是同侧山脊结构？
• RQ5 由电荷平衡引起的非流效应在多大程度上改变了提取的流系数v₂与v₃？

主要发现

• 黏性流体动力学模型（η/s = 0.08，ζ/s = 0.04）对2.76 TeV的Pb-Pb碰撞中横向动量谱与费米子尺度半径的描述良好，但π介子与K介子谱略显平坦。
• 提高体积黏度（ζ/s = 0.08）可改善π介子与K介子谱的描述，表明其对强子相状态方程的敏感性。
• 该模型成功再现了ALICE对费米子尺度半径的测量数据，证实了火球时空演化的合理性。
• 事件逐次的初始条件涨落导致火球尺寸涨落与平均横向动量之间呈现反相关行为，满足ΔpT / ⟨pT⟩ ≈ 0.3 Δr / ⟨r⟩。
• 计算得到的横向动量涨落与PHENIX数据在不确定度范围内一致，高动量截断处略有高估，与尺寸涨落的流体动力学响应一致。
• 在冻结-out时引入电荷平衡机制，成功再现了实验测量的异号二强子关联中同侧山脊结构，而同号对则未表现出额外结构。