[论文解读] Initial state geometry and fluctuations in Au+Au, Cu+Au and U+U collisions at RHIC

Bjoern Schenke, Prithwish Tribedy+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 10, 2014

High-Energy Particle Collisions Research被引用 9

一句话总结

本研究利用IP-Glasma模型和两分量MC-Glauber模型，比较了RHIC能量下Cu+Au、Au+Au和U+U碰撞的初始几何结构与涨落。结果表明，尽管各系统中每对参与核子的多重数相似，但椭圆度差异显著，尤其在中心碰撞中更为明显；且Cu+Au碰撞的事件-事件椭圆度分布比Au+Au或U+U更宽。关键发现是，在超中心U+U和Au+Au碰撞中，多重数与椭圆度的相关性强烈依赖于模型：IP-Glasma预测为微弱负相关，而MC-Glauber预测为强负相关——这为区分粒子产生机制提供了清晰的实验判据。

ABSTRACT

We study within the IP-Glasma and two-component MC-Glauber models the effects of initial state geometry and fluctuations on multiplicities and eccentricities for several collision species at the Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC). These include copper-gold (Cu+Au), gold-gold (Au+Au), and uranium-uranium (U+U) collisions. The multiplicity densities per participant pair are very similar in all systems studied. Ellipticities vary strongly between collision systems, most significantly for central collisions, while fluctuation driven odd moments vary little between systems. Event-by-event distributions of eccentricities in mid-central collisions are wider in Cu+Au relative to Au+Au and U+U systems. An anti-correlation between multiplicity and eccentricity is observed in ultra central U+U collisions which is weaker in the IP-Glasma model than the two-component MC-Glauber model. In ultra central Au+Au collisions the two models predict opposite signs for the slope of this correlation. Measurements of elliptic flow as a function of multiplicity in such central events can therefore be used to discriminate between models with qualitatively different particle production mechanisms.

研究动机与目标

• 研究初始几何结构与涨落在RHIC能量下不同重离子碰撞系统中对多重数和椭圆度分布的影响。
• 比较基于颜色玻璃凝聚态框架的IP-Glasma模型与两分量MC-Glauber模型在Cu+Au、Au+Au和U+U碰撞中的预测结果。
• 评估事件-事件椭圆度分布以及多重数-椭圆度相关性对碰撞几何结构和核变形的敏感性。
• 识别可观测信号——尤其在超中心碰撞中——以区分IP-Glasma中的从头计算粒子产生机制与MC-Glauber等现象学模型。
• 评估核变形在U+U碰撞中的作用，特别是其对初始能量密度的增强效应以及对各向异性流和多重数相关性的调制作用。

提出的方法

• 采用IP-Glasma模型，结合IP-Sat双子模型对团簇状胶胶子分布的描述与Glasma场的经典杨-米尔斯动力学，模拟三维几何结构下的初始涨落。
• 采用包含负二项分布多重数涨落的两分量MC-Glauber模型，模拟二元碰撞与参与核子数，引入依赖于$N_{\rm coll}$的多重数。
• 在$\sqrt{s_{NN}} = 200$ GeV下模拟Au+Au碰撞，在$193$ GeV下模拟U+U碰撞，Cu+Au碰撞能量为$200$ GeV，包含随机和端对端配置的U+U碰撞。
• 计算事件-事件椭圆度$\varepsilon_n$（$n=2,3,4,5$）的分布，并分析其对中心度和碰撞系统的依赖性。
• 在超中心事件（0–1%中心度）中，计算两种模型下多重数（$dN_{\rm ch}/d\eta$）与椭圆度（$\varepsilon_2$）之间的相关性。
• 跨系统与模型比较结果，特别关注中心碰撞与超中心碰撞中多重数-椭圆度相关性的斜率。

实验结果

研究问题

• RQ1 初始几何结构与涨落在RHIC能量下Cu+Au、Au+Au和U+U碰撞中如何影响多重数与椭圆度分布？
• RQ2 几何涨落、碰撞参数与核变形在塑造事件-事件椭圆度分布中的相对重要性如何？
• RQ3 IP-Glasma与两分量MC-Glauber模型在超中心碰撞中对多重数-椭圆度相关性的预测有何差异？
• RQ4 涨落驱动的奇数阶矩（$\varepsilon_3$，$\varepsilon_5$）在不同碰撞系统中变化程度如何？
• RQ5 能否通过测量超中心U+U和Au+Au碰撞中多重数-椭圆度相关性，区分IP-Glasma中的从头计算机制与MC-Glauber等现象学模型？

主要发现

• 在两种模型中，Cu+Au、Au+Au和U+U碰撞中每对参与核子的多重数密度非常接近，表明粒子产生具有普遍的每参与核子标度。
• 椭圆度（$\varepsilon_2$）在不同系统间差异显著，Cu+Au在较低$dN_{\rm ch}/d\eta$时$\varepsilon_2$下降更快，这是由于几何平均效应所致。
• 在中等中心碰撞（20–30%）中，Cu+Au的事件-事件$\varepsilon_2$分布比Au+Au和U+U更宽，反映出更大的几何涨落多样性。
• 在超中心U+U碰撞中，IP-Glasma模型预测的多重数与$\varepsilon_2$之间的负相关性远弱于两分量MC-Glauber模型，原因在于IP-Glasma中未显式引入$N_{\rm coll}$依赖性。
• 对于0–1%的Au+Au碰撞，两种模型对多重数-$\varepsilon_2$相关性的预测符号相反：MC-Glauber为正相关，IP-Glasma为微弱负相关，提供了清晰的实验判据。
• 涨落驱动的奇数阶矩（$\varepsilon_3$，$\varepsilon_5$）在各系统间非常相似，而$\varepsilon_4$对碰撞核的敏感性仅较弱，表明偶数与奇数椭圆度模式具有不同起源。