[论文解读] Search for the Chiral Magnetic Effect with charge-dependent azimuthal correlations in Xe-Xe collisions at $\sqrt{s_{\mathrm{NN}}} = 5.44$ TeV

Acharya, Shreyasi, Adamova, Dagmar+1035 more|arXiv (Cornell University)|Oct 27, 2022

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 74被引用 1

一句话总结

本研究利用电荷依赖的方位角关联，研究了在 √sNN = 5.44 TeV 条件下的 Xe–Xe 碰撞中的手征磁效应（CME）。通过分析不同电荷组合的三粒子关联量 γαβ，ALICE 合作组未发现显著的 CME 信号，且在 95% 置信水平下，CME 对 γαβ 的贡献被限制在 ≤2% 以内，表明主导的为非 CME 背景贡献。

ABSTRACT

Charge-dependent two- and three-particle correlations measured in Xe–Xe collisions at $\sqrt{s_{NN}}=5.44$ TeV are presented. Results are obtained for charged particles in the pseudorapidity range |η|<0.8 and transverse momentum interval $0.2≤p_T<5.0$ GeV/c for different collision centralities. The three-particle correlator γαβ ≡ $\langle$cos⁡(φα+φβ−2Ψ$_2$)$ angle$, calculated for different combinations of charge sign α and β, is expected to be sensitive to the presence of the Chiral Magnetic Effect (CME). Its magnitude is similar to the one observed in Pb–Pb collisions in contrast to a smaller CME signal in Xe–Xe collisions than in Pb–Pb collisions predicted by Monte Carlo (MC) calculations including a magnetic field induced by the spectator protons. These observations point to a large non-CME contribution to the correlator. Furthermore, the charge dependence of $γαβ$ can be described by a blast wave model calculation that incorporates background effects and by the Anomalous Viscous Fluid Dynamics model with values of the CME signal consistent with zero. The Xe–Xe and Pb–Pb results are combined with the expected CME signal dependence on the system size from the MC calculations including a magnetic field to obtain the fraction of CME contribution in $γαβ, f_{CME}$. The CME fraction is compatible with zero for the 30% most central events in both systems and then becomes positive. This yields an upper limit of 2% (3%) and 25% (32%) at 95% (99.7%) confidence level for the CME signal contribution to γαβ in the 0–70% Xe–Xe and Pb–Pb collisions, respectively.

研究动机与目标

• 在 √sNN = 5.44 TeV 条件下，搜索 Xe–Xe 碰撞中的手征磁效应（CME）。
• 从流诱导关联等背景贡献中分离出 CME 信号。
• 比较 Xe–Xe 与 Pb–Pb 碰撞中的 CME 信号强度，以评估系统尺寸依赖性。
• 结合实验数据与蒙特卡罗模拟，量化三粒子关联量 γαβ 中 CME 贡献的比例。

提出的方法

• 在 |η| < 0.8 和 0.2 ≤ pT < 5.0 GeV/c 范围内，测量电荷依赖的三粒子方位角关联量 γαβ ≡ ⟨cos(ϕα + ϕβ − 2Ψ2)⟩。
• 将第二谐波对称平面角 Ψ2 作为反应面的代理，以提取对 CME 敏感的关联。
• 通过比较不同电荷组合（++、+−、−−）的实验 γαβ 值，识别电荷依赖的信号。
• 应用爆发波模型和异常黏性流体动力学模型来描述背景贡献。
• 结合 Xe–Xe 和 Pb–Pb 数据与包含磁场效应的蒙特卡罗计算，提取 CME 比例 fCME。
• 使用统计方法在 95% 和 99.7% 置信水平下设定 fCME 的上限。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 5.44 TeV 条件下的 Xe–Xe 碰撞中，是否存在可测量的手征磁效应信号？
• RQ2 Xe–Xe 碰撞中的 CME 信号与更高能量下 Pb–Pb 碰撞中的信号相比如何？
• RQ3 背景效应（如流和局部电荷守恒）在观测到的 γαβ 中占多大程度？
• RQ4 是否可在无 CME 信号的模型下解释电荷依赖的 γαβ 关联量？
• RQ5 在中心和外围 Xe–Xe 碰撞中，γαβ 中 CME 贡献的上限是多少？

主要发现

• Xe–Xe 碰撞中三粒子关联量 γαβ 的幅度与 2.76 TeV 条件下 Pb–Pb 碰撞中观测到的值相似。
• 观测到的 γαβ 电荷依赖性可被包含背景效应（包括爆发波和异常黏性流体动力学模型）的模型良好描述。
• 在 Xe–Xe 事件中，最中央的 30% 事件中，CME 比例 fCME 与零兼容。
• 在中心 Xe–Xe 碰撞中，γαβ 的 CME 贡献上限为 95% 置信水平下 ≤2%，99.7% 置信水平下 ≤3%。
• 在 0–70% 中心度范围内，Pb–Pb 碰撞中 fCME 的上限为 95% 置信水平下 ≤25%，99.7% 置信水平下 ≤32%。
• 结果表明，关联量中存在较大的非 CME 贡献，暗示背景效应主导于 CME 信号。