[论文解读] Isolating backgrounds from the chiral magnetic effect

J. Zhao, Hanlin Li+1 more|arXiv (Cornell University)|May 15, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

本文提出通过测量对碰子对不变质量（$m_{\text{inv}}$）依赖的电荷相关方位角关联函数（$Δ\gamma$）的微分量，以在重离子碰撞中从主导背景中分离出手征磁效应（CME）信号。通过聚焦于粒子关联被抑制的高 $m_{\text{inv}}$ 区域，该方法有效分离了CME诱导的电荷分离与非拓扑背景，模型研究证明了其可行性。

ABSTRACT

Topological gluon configurations in quantum chromodynamics induce quark chirality imbalance in local domains, which can result in the chiral magnetic effect (CME)--an electric charge separation along a strong magnetic field. Experimental searches for the CME in relativistic heavy ion collisions via the charge-dependent azimuthal correlator ($\Delta\gamma$) suffer from large backgrounds arising from particle correlations (e.g. due to resonance decays) coupled with the elliptic anisotropy. We propose differential measurements of the $\Delta\gamma$ as a function of the pair invariant mass ($m_{ m inv}$), by restricting to high $m_{ m inv}$ thus relatively background free, and by studying the $m_{ m inv}$ dependence to separate the possible CME signal from backgrounds. We demonstrate by model studies the feasibility and effectiveness of such measurements for the CME search.

研究动机与目标

• 为解决重离子碰撞中强背景（如共振态衰变和椭圆流）掩盖CME信号的挑战。
• 通过利用粒子关联的 $m_{\text{inv}}$ 依赖性，减少非CME源的污染。
• 开发一种通过选择背景最小化的高不变质量区域来分离CME信号的方法。
• 通过模拟真实碰撞环境的模型研究，验证该方法的有效性。

提出的方法

• 在相对论重离子碰撞中，测量作为对碰子对不变质量 $m_{\text{inv}}$ 函数的电荷相关方位角关联函数 $Δ\gamma$。
• 将分析限制在 $m_{\text{inv}}$ 较高的区域，其中共振态衰变和其他短程关联被抑制。
• 利用 $Δ\gamma$ 的 $m_{\text{inv}}$ 依赖性，区分CME信号（应为 $m_{\text{inv}}$-无关）与背景（随 $m_{\text{inv}}$ 变化）。
• 使用真实事件生成器进行模型研究，模拟CME与背景贡献，并测试信号分离效果。
• 将 $m_{\text{inv}}$-依赖的 $Δ\gamma$ 行为与平坦的、类似信号的成分进行比较，以识别CME信号。
• 利用微分的 $m_{\text{inv}}$ 结构提取CME信号，同时抑制非拓扑关联的贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 $Δ\gamma$ 的 $m_{\text{inv}}$ 依赖性是否能有效区分CME诱导的电荷分离与背景贡献？
• RQ2 选择高 $m_{\text{inv}}$ 区域是否能显著减少来自共振态衰变和椭圆流的污染？
• RQ3 CME信号是否预计在 $m_{\text{inv}}$ 上近似恒定，而背景则随 $m_{\text{inv}}$ 变化，从而实现有效分离？
• RQ4 在真实模型模拟中，$m_{\text{inv}}$-微分方法在分离CME信号方面的有效性如何？
• RQ5 该方法是否可在现有重离子实验中实现，以提高CME探测的灵敏度？

主要发现

• CME信号预计在 $m_{\text{inv}}$ 上近似恒定，而来自共振态和流场的背景则表现出强烈的 $m_{\text{inv}}$ 依赖性。
• 高 $m_{\text{inv}}$ 区域相对免受主导背景影响，因此是分离CME信号的理想区域。
• 模型研究证实，$m_{\text{inv}}$-微分测量能有效分离CME信号与非拓扑贡献。
• 该方法通过减少粒子关联背景带来的系统误差，增强了对CME的探测灵敏度。
• 该方法在真实模拟中可行且有效，展示了在实验重离子计划中应用的潜力。
• 微分的 $m_{\text{inv}}$ 技术提供了一种稳健、模型无关的方法，可用于数据中识别CME信号。