[论文解读] Multiplicity and transverse momentum dependence of charge-balance functions in pPb and PbPb collisions at LHC energies

CMS Collaboration, Tumasyan, Armen+2340 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 46被引用 1

一句话总结

本研究在LHC能量下测量了pPb和PbPb碰撞中的电荷平衡函数，以探究粒子产生动力学与集体行为。利用CMS探测器在√sNN = 8.16 TeV（pPb）和5.02 TeV（PbPb）下的数据，发现当pT < 2 GeV时，平衡函数宽度随多重数增加而变窄，表明发生迟滞的强子化和径向流效应，而在更高pT下则无此依赖关系。结果挑战了HYDJET、HIJING和AMPT等现有蒙特卡罗生成器在捕捉多重数依赖性方面的表现。

ABSTRACT

Measurements of the charge-dependent two-particle angular correlation function in proton-lead (pPb) collisions at a nucleon-nucleon center-of-mass energy of $\sqrt{s_\mathrm{NN}}$ = 8.16 TeV and lead-lead (PbPb) collisions at$\sqrt{s_\mathrm{NN}}$ = 5.02 TeV are reported. The pPb and PbPb datasets correspond to integrated luminosities of 186 binv and 0.607 nb$^{-1}$, respectively, and were collected using the CMS detector at the CERN LHC. The charge-dependent correlations are characterized by balance functions of same- and opposite-sign particle pairs. The balance functions, which contain information about the creation time of charged particle pairs and the development of collectivity, are studied as functions of relative pseudorapidity ($\Delta \eta$) and relative azimuthal angle ($\Delta \phi$), for various multiplicity and transverse momentum ($p_\mathrm{T}$) intervals. A multiplicity dependence of the balance function is observed in $\Delta \eta$ and $\Delta \phi$ for both systems. The width of the balance functions decreases towards high-multiplicity collisions in the momentum region $\lt$2 GeV, for pPb and PbPb results. No multiplicity dependence is observed at higher transverse momentum. The data are compared with HYDJET, HIJING and AMPT generator predictions, none of which capture completely the multiplicity dependence seen in the data.

研究动机与目标

• 研究LHC能量下pPb和PbPb碰撞中电荷平衡函数的多重数与横动量依赖性。
• 探究带电粒子产生的动力学，包括强子化的时机以及集体膨胀的作用。
• 通过伪快度和方位角相关性，评估径向流和介质集体性对平衡函数宽度的影响。
• 将实验结果与HYDJET、HIJING和AMPT生成器的预测进行比较，评估其对平衡函数行为建模的能力。
• 研究平衡函数的能量依赖性，并推断其对夸克-胶子等离子体演化与强子化动力学的启示。

提出的方法

• 测量同号与异号带电粒子对在相对伪快度（∆η）和相对方位角（∆ϕ）上的两粒子角关联。
• 将电荷平衡函数定义为在给定∆η与∆ϕ范围内找到平衡电荷的概率，使用|η| < 2.4的粒子。
• 按多重数和横动量（pT）区间分箱，以研究体系尺寸与动量空间依赖性。
• 提取平衡函数宽度与积分，以量化电荷平衡分数与净电荷涨落。
• 将数据与HYDJET、HIJING和AMPT事件生成器的预测进行比较，评估模型性能。
• 通过比较√sNN = 8.16 TeV（pPb）与5.02 TeV（PbPb）下的结果分析能量依赖性，暗示对径向流与迟滞强子化的启示。

实验结果

研究问题

• RQ1 在pPb和PbPb碰撞中，电荷平衡函数的宽度如何随多重数与横动量变化？
• RQ2 平衡函数的多重数依赖性揭示了重离子碰撞中粒子产生与强子化时机的哪些信息？
• RQ3 径向流与集体膨胀在多大程度上影响了平衡函数在方位角与纵向方向上的展宽？
• RQ4 pPb与PbPb碰撞中的平衡函数结果与HYDJET、HIJING和AMPT事件生成器的预测相比如何？
• RQ5 平衡函数在更高质心能量下是否变得更窄？这对其对夸克-胶子等离子体演化的启示是什么？

主要发现

• 在pPb和PbPb碰撞中，当pT < 2 GeV时，电荷平衡函数宽度随多重数增加而减小，表明高多重数体系中电荷对的产生时间更晚。
• 观察到电荷平衡分数对多重数存在较弱依赖性，表明净电荷涨落受体系尺寸与动力学的调制。
• 在较高横动量区域（pT > 2 GeV）未观察到多重数依赖性，表明高pT区域的粒子产生动力学存在差异。
• 在√sNN = 5.02 TeV的PbPb碰撞中，平衡函数宽度比在8.16 TeV的pPb碰撞中更窄，与更高能量下增强的径向流和迟滞强子化一致。
• HYDJET、HIJING和AMPT生成器未能完全再现观测到的平衡函数宽度的多重数依赖性，表明其在建模集体效应与晚期强子化方面存在局限。
• 平衡函数积分显示，电荷平衡对的比例对多重数敏感，支持局部电荷守恒与介质集体性在塑造关联结构中的作用。