[论文解读] Measurements of longitudinal flow decorrelations in $pp$ and Xe+Xe collisions with the ATLAS detector

Aad, Georges, Abbott, Braden Keim+2942 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

High-Energy Particle Collisions Research被引用 1

一句话总结

本论文利用ATLAS探测器，在13 TeV pp和5.44 TeV Xe+Xe碰撞中，通过两粒子关联方法并结合非流减法，测量了纵向流关联性的非相关性，以分离出流体动力学效应。结果表明，亚核子结构和纵向能量沉积涨落对于描述pp和外围Xe+Xe体系中的非相关性至关重要，表明初始态动力学超出了标准流体动力学的范畴。

ABSTRACT

Measurements of longitudinal flow decorrelations in 13 TeV $pp$ and 5.44 TeV Xe+Xe collisions with the ATLAS detector are presented. The measurements are performed using the two-particle correlation method, combining charged-particle tracks within $|\eta| < 2.5$ with either calorimeter energy clusters or towers within $4.0<|\eta|<4.9$. A template-based subtraction procedure is used to remove non-flow effects in both the $pp$ and the Xe+Xe analyses. The dependence of the longitudinal flow decorrelations on the pseudorapidity separation between the particles is characterized via the slope parameter $F_n$ for the elliptic ($n=2$) and triangular ($n=3$) harmonic moments. The results are reported as a function of charged-particle multiplicity for the $pp$ and Xe+Xe collision systems. Comparing the data to a color string-based model of the initial geometry indicates that in $pp$ and peripheral Xe+Xe collisions, sub-nucleonic structure and fluctuations in longitudinal energy deposition are needed to describe the data.

研究动机与目标

• 研究pp和Xe+Xe碰撞中的纵向流非相关性，作为初始态几何结构和非平衡动力学的探针。
• 解决非流关联（如喷注和衰变）在低多重度体系中可能模仿非相关性信号的挑战。
• 检验基于色弦的初始几何模型是否能描述pp和Xe+Xe碰撞中观测到的非相关性模式。
• 将纵向非相关性测量扩展至大原子核之外的小体系，以探究亚核子自由度的作用。
• 提供一种适用于不同伪快度区域的两粒子关联分析的模板化非流减法方法。

提出的方法

• 通过关联带电强子轨迹（|η| < 2.5）与前向量能器中的能量沉积（4.0 < |η| < 4.9），采用两粒子关联（2PC）方法。
• 应用基于模板的非流减法（NFS）程序，以去除与集体流无关的短程关联贡献。
• 测量椭圆（𝑛=2）和三角（𝑛=3）谐波矩的斜率参数𝐹𝑛，作为伪快度分离Δ𝜂的函数。
• 在带电强子多重度分箱的数据中进行分析，以研究非相关性随体系尺寸和初始态几何结构的演化。
• 将结果与基于色弦的初始几何模型进行比较，以评估纵向能量沉积涨落的作用。
• 利用ATLAS探测器的全伪快度覆盖范围，结合内层追踪器数据与前向量能器阵列及簇集（仅pp中）。

实验结果

研究问题

• RQ1 pp和Xe+Xe碰撞中的纵向流非相关性在多大程度上偏离了提升不变流体动力学的预期？
• RQ2 非流效应在低多重度体系中如何扭曲纵向非相关性测量结果，以及模板方法在多大程度上能有效抑制这些效应？
• RQ3 基于色弦的初始几何模型能否重现pp和Xe+Xe碰撞中观测到的非相关性随Δ𝜂的变化特征？
• RQ4 亚核子结构和纵向能量沉积涨落在解释数据中起到何种作用？
• RQ5 非相关性斜率参数𝐹𝑛如何随pp和Xe+Xe体系的多重度变化，这又对初始态动力学意味着什么？

主要发现

• pp和外围Xe+Xe碰撞中的纵向流非相关性表现出显著的伪快度分离依赖性，由斜率参数𝐹𝑛量化。
• 对于𝑛=2和𝑛=3谐波，𝐹𝑛值随带电强子多重度的增加而增大，表明在高多重度下非相关性更强。
• 包含能量沉积纵向涨落的色弦基初始几何模型能够成功描述pp和Xe+Xe体系中的数据。
• 当排除亚核子结构和纵向涨落时，该模型无法再现数据，表明这些因素对一致描述至关重要。
• 通过模板方法实现的非流减法能有效抑制虚假关联，从而清晰提取出类似流体动力学的非相关性信号。
• 结果表明，小体系中的初始态动力学无法被标准流体动力学完全描述，必须引入亚核子结构和纵向涨落。