[论文解读] Measurement of elliptic flow of light nuclei at $\sqrt{s_{NN}}$ = 200, 62.4, 39, 27, 19.6, 11.5, and 7.7 GeV at RHIC

STAR Collaboration, L. Adamczyk+338 more|arXiv (Cornell University)|Jan 26, 2016

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 1被引用 4

一句话总结

本研究在RHIC的中心系能量范围（√sNN = 7.7–200 GeV）内测量了轻核（d, t, ³He）及其反粒子（d̄, ³Hē）的椭圆流（v₂）。基于AMPT的输运-凝聚模型与动态凝聚机制，研究结果表明，v₂随原子质量数和价夸克数的标度关系支持核子凝聚为形成机制的主导作用，且模型预测与所有能量及横向动量范围内的实验数据高度一致。

ABSTRACT

We present measurements of 2$^{nd}$ order azimuthal anisotropy ($v_{2}$) at mid-rapidity $(|y|<1.0)$ for light nuclei d, t, $^{3}$He (for $\sqrt{s_{NN}}$ = 200, 62.4, 39, 27, 19.6, 11.5, and 7.7 GeV) and anti-nuclei $\bar{ m d}$ ($\sqrt{s_{NN}}$ = 200, 62.4, 39, 27, and 19.6 GeV) and $^{3}\bar{ m He}$ ($\sqrt{s_{NN}}$ = 200 GeV) in the STAR (Solenoidal Tracker at RHIC) experiment. The $v_{2}$ for these light nuclei produced in heavy-ion collisions is compared with those for p and $\bar{ m p}$. We observe mass ordering in nuclei $v_{2}(p_{T})$ at low transverse momenta ($p_{T}<2.0$ GeV/$c$). We also find a centrality dependence of $v_{2}$ for d and $\bar{ m d}$. The magnitude of $v_{2}$ for t and $^{3}$He agree within statistical errors. Light-nuclei $v_{2}$ are compared with predictions from a blast wave model. Atomic mass number ($A$) scaling of light-nuclei $v_{2}(p_{T})$ seems to hold for $p_{T}/A < 1.5$ GeV/$c$. Results on light-nuclei $v_{2}$ from a transport-plus-coalescence model are consistent with the experimental measurements.

研究动机与目标

• 在RHIC的宽广能量范围内测量轻核及其反核的椭圆流（v₂），以探究重离子碰撞中核子的形成机制。
• 检验v₂是否随原子质量数或价夸克数呈现标度关系，以支持核子凝聚机制而非其他生成机制。
• 验证结合AMPT输运模型与动态凝聚模型的适用性，以重现轻核的v₂数据。
• 评估径向流与碰撞事例率对v₂谱的影响，特别是在LHC的ALICE实验中观测到的硬化现象背景下。

提出的方法

• 本研究采用AMPT模型（v1.25t7d）的弦熔化版本，模拟√sNN = 7.7–200 GeV范围内的重离子碰撞，重现了强子的多重数与已识别强子的v₂。
• 在冻结-out时刻应用动态凝聚模型，其中核子凝聚形成核的几率由其Wigner相空间密度与AMPT输出的核子相空间分布的重叠决定。
• d、t与³He的Wigner相空间密度基于固定均方根半径（分别为1.96、1.61与1.74 fm）的球形谐振子波函数推导得出。
• 模型计算了轻核的v₂(pT)，并与所有能量与pT区间的STAR实验数据直接对比，以评估一致性。
• 采用爆发波模型作为基准，检验其对v₂的低估现象，凸显流体动力学描述的局限性。
• 通过质量数（A）与价夸克数（Nq）两种方式执行标度分析，以检验凝聚机制。

实验结果

研究问题

• RQ1 重离子碰撞中轻核的v₂(pT)是否遵循质量数标度，表明核子凝聚机制的存在？
• RQ2 在不同碰撞能量下，反核的v₂与对应核的v₂相比如何？
• RQ3 AMPT模型结合动态凝聚模型是否能定量重现从7.7至200 GeV全能量范围内轻核的v₂？
• RQ4 所观测到的v₂行为是否与价夸克凝聚一致，如Nq标度所示？
• RQ5 为何爆发波模型无法重现轻核的测量v₂值？

主要发现

• 在所有能量下，d、t与³He核的v₂(pT)随pT单调增加，在低pT区域呈现质量顺序，并在更中心的碰撞中出现抑制。
• 当√sNN ≥ 39 GeV时，d与d̄的v₂几乎完全相同，表明物质与反物质核具有相似的流体动力学行为。
• d与d̄之间的Δv₂与p与p̄之间的差值趋势一致，表明重子-反重子系统中具有相似的流体行为。
• AMPT模型结合动态凝聚模型在所有能量与pT范围内均成功重现了轻核的v₂，且与实验误差范围内一致。
• v₂数据表现出强烈的质量数A标度关系，支持核子凝聚为占主导地位的形成机制。
• 模型对Nq标度（如d为6，³He为9）也表现出良好一致性，尽管由于核的结合能较低，夸克凝聚的物理合理性受到质疑。