[论文解读] Onset of "ridge phenomenon" in AA and pp collisions and percolation string model

O. Kochebina, Г. Феофилов|arXiv (Cornell University)|Dec 1, 2010

High-Energy Particle Collisions Research被引用 3

一句话总结

本文提出，在AA和pp碰撞中，低横向动量近端脊的出现源于弦凝聚相变，其中重叠的色弦形成宏观簇。利用横向粒子密度作为通用标度变量，作者在RHIC能量下识别出临界阈值 $\tilde{\rho} \approx 2.6 \pm 0.2$ GeV/fm²，该值在不同能量下保持一致，并将其外推至LHC能量，预测在 $\sqrt{s} \gtrsim 65$ GeV时pp碰撞中将出现脊状关联。

ABSTRACT

Detailed study of centrality dependence of low-p_t manifestation of so-called "near-side ridge" phenomenon is reported recently by STAR for all charged hadrons with p_t>0.15 GeV/c from AuAu collisions at 62 and 200 GeV at RHIC[1]. It is indicating the existence of the energy-dependent centrality point where some sudden changes in the correlation pattern are observed. In the present work we use the hypothesis of string percolation phase transition for the description of the onset of this ridge. One may assume that the formation of rather large "macroscopic" clusters composed of several overlapped strings extended in rapidity and localized in azimuth could be one of the possible processes leading to the observed phenomenon. This onset is characterized by some definite ("critical") number of participating nucleons. We use also another physical quantity, transverse particle density, to characterize this threshold behavior, this variable brings the transition points for two energies to coincidence [1]. So parameters of the percolation model are defined at these critical points. Also we use results of our previous calculations[2] for energy of collision 17.3 GeV based on observed threshold of anomalous suppression of J/psi. Obtained parameters are extrapolated to AA and pp collisions for energies over the range 17.3 GeV - 7000 GeV.

研究动机与目标

• 解释在RHIC能量下金金（AuAu）碰撞中低-$p_t$近端脊的出现是弦凝聚模型中的相变现象。
• 识别一个通用标度变量——横向粒子密度 ($\tilde{\rho}$)，用于统一不同碰撞能量下的相变点。
• 将凝聚模型扩展至pp碰撞，并预测在高能下长程关联的出现时机。
• 利用实验数据和理论参数化，估算AA和pp系统中的弦数及临界弦密度 ($\tilde{\eta}^{\text{crit}}$)。

提出的方法

• 使用弦凝聚模型，其中在高密度下重叠的色弦形成宏观簇，产生新的粒子发射源。
• 定义无量纲凝聚参数 $\tilde{\eta} = \frac{\pi r_0^2 N_{\text{str}}}{\langle S \rangle}$，其中 $r_0$ 为弦半径，$\langle S \rangle$ 为重叠面积。
• 利用STAR在 $\sqrt{s} = 62$ 和 200 GeV 下的AuAu碰撞实验数据校准模型，重点分析脊宽和振幅的中心度依赖性。
• 使用横向粒子密度 $\tilde{\rho} = \frac{3}{2} \frac{dN_{\text{ch}}/dy}{\langle S \rangle}$ 作为通用标度变量，以统一不同能量下的临界点。
• 基于 $J/\psi$ 抑制阈值，将模型参数从 $\sqrt{s} = 17.3$ GeV 外推至更高能量，包括LHC的pp和PbPb碰撞。
• 利用 $dN_{\text{ch}}/d\eta$ 数据和假设的相互作用面积 $1~\text{fm}^2$，估算pp碰撞中的弦数和密度，并与多 pomeron 模型进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在AuAu碰撞中，特定中心度下脊结构突然变化的物理机制是什么？
• RQ2 脊现象的出现是否可用一个通用标度变量描述，适用于不同碰撞能量？
• RQ3 在何种弦密度下发生凝聚相变，其与可观测脊特征的关系如何？
• RQ4 弦凝聚模型能否预测在RHIC和LHC能量下pp碰撞中长程关联的出现？
• RQ5 在高能下，pp碰撞中的弦数及其重叠程度与AA系统中的相比如何？

主要发现

• 脊出现的临界横向粒子密度为 $\tilde{\rho}^{\text{crit}} = 2.6 \pm 0.2$ GeV/fm²，该值使 $\sqrt{s} = 62$ 和 200 GeV 下的相变点得以统一。
• 模型预测，在 $\sqrt{s} = 2.76$ TeV 的PbPb碰撞中，所有中心度下均应可观测到脊现象，此时 $\tilde{\rho} \approx 8.3$ GeV/fm²。
• 在 $\sqrt{s} = 7$ TeV 的pp碰撞中，估算的弦密度 $\tilde{\eta} \approx 5$ 表明存在强烈重叠，暗示可能发生凝聚并产生长程关联。
• 在 $\sqrt{s} = 7$ TeV 的pp碰撞中，弦数估算为 $30 \pm 12$，与独立的多 pomeron 模型估算结果一致。
• 临界点之后 $\tilde{\rho}$ 与 $\tilde{\eta}$ 关系中出现的非线性偏差，归因于弦融合导致新粒子发射源的出现。
• 该模型与外部估算结果具有良好一致性，验证了 $\tilde{\rho}$ 作为通用标度变量的有效性，并支持了凝聚假说。