[论文解读] Study of Particle Ratio Fluctuations and Charge Balance Functions at RHIC

Hui Wang|arXiv (Cornell University)|Apr 7, 2013

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 3被引用 3

一句话总结

本研究利用STAR探测器在RHIC上从7.7至200 GeV的束流能量下，研究重离子碰撞中粒子比值涨落与荷平衡函数。结果表明，随着碰撞的中心度和能量增加，荷平衡函数的宽度变窄，表明强子化过程延迟或扩散受限；反应面依赖性分析证实，局部电荷守恒与流场效应——而非宇称破坏——解释了方位角相关性。

ABSTRACT

The study of correlations between opposite-sign charge pairs and particle-ratio fluctuations can provide a powerful tool to probe the properties of the quark-gluon plasma (QGP). It has been suggested that the existence of a QCD phase transition would cause an increase and divergence of fluctuations. Thus the event-by-event particle-ratio fluctuations could be used to study strangeness and baryon number fluctuations near the critical point in the QCD phase diagram. On the other hand, the study of the balance function can provide information about charge creation time as well as the subsequent collective behavior of particles. For fluctuations we present dynamical $K/π$, $p/π$, and $K/p$ ratio fluctuations from Au+Au collisions at $\sqrt{s_{ m NN}}$ = 7.7 to 200 GeV at the Relativistic Heavy Ion Collider using the STAR detector. Charge dependent results as well as multiplicity scaling properties of these fluctuation results are discussed. The STAR data are compared to different theoretical model predictions and previous experimental measurements. For balance functions we present results for charged particle pairs, identified charged pion pairs, and identified charged kaon pairs in Au+Au, $d$+Au, and $p+p$ collisions at $\sqrt{s_{ m NN}}$ = 200 GeV. These balance functions are presented in terms of relative pseudorapidity, $Δη$, relative rapidity, $Δy$, relative azimuthal angle, $Δϕ$, and invariant relative momentum, $q_{ m inv}$. In addition, balance functions are shown in terms of the three components of $q_{ m inv}$: $q_{ m long}$, $q_{ m out}$, and $q_{ m side}$. Beam energy and reaction-plane-dependent balance functions are also discussed in this paper.

研究动机与目标

• 通过研究K/π、p/π和K/p等粒子比值的逐事件涨落，探测夸克-胶子等离子体（QGP）相变。
• 通过在不同碰撞体系（Au+Au、d+Au、p+p）中研究荷平衡函数，探究电荷产生机制与相对扩散行为。
• 研究荷平衡函数对束流能量、中心度及反应面取向的依赖性，以约束QGP动力学与强子化时机。
• 将实验结果与UrQMD、HIJING以及包含局部电荷守恒与流场的热爆发波模型等理论模型进行比较。
• 评估径向流与动冻结温度在不同碰撞体系与能量下对荷平衡函数宽度的影响。

提出的方法

• 利用STAR探测器，在√sNN = 7.7–200 GeV的Au+Au碰撞中测量K/π、p/π和K/p比值的动力学涨落。
• 以相对伪快度（Δη）、快度（Δy）、方位角（Δφ）和不变动量（qinv）为变量分析荷平衡函数，并将其分解为qlong、qout、qside分量。
• 执行中心度与反应面依赖性分析，以提取流场与相关性效应，并与三粒子关联结果进行比较。
• 应用归一化宽度参数W，通过校正接受度效应，实现不同实验间荷平衡函数宽度的比较。
• 采用包含局部电荷守恒与椭圆流的热爆发波模型，模拟并解释方位角相关性。
• 通过在K介子荷平衡函数中移除φ介子衰变，验证结果并隔离初级产生效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 粒子比值涨落（K/π、p/π、K/p）如何随束流能量与中心度变化？它们对QCD临界点附近奇异夸克与重子数涨落提供了何种信息？
• RQ2 荷平衡函数的宽度如何依赖于碰撞中心度、体系尺寸与束流能量？这对其电荷形成与强子化时机有何启示？
• RQ3 径向流与集体运动在不同动量变量（Δη、Δy、qinv）下对荷平衡函数形状的影响程度如何？
• RQ4 观察到的同号与异号电荷对的方位角相关性是否可由局部电荷守恒与流场解释？还是表明存在如局部宇称破坏等新物理？
• RQ5 UrQMD、HIJING与热爆发波模型的预测在不同碰撞体系与能量下，与实验荷平衡函数数据的符合程度如何？

主要发现

• 在√sNN = 200 GeV的中心Au+Au碰撞中，Δη方向的荷平衡函数宽度随中心度增加而变窄，与强子化延迟或扩散受限一致。
• 对于π介子与K介子，qinv方向的荷平衡函数宽度随中心度增加而减小，表明其与动冻结温度降低存在关联。
• 对于带电π介子，qout与qside分量的宽度在中心碰撞中减小，表明在冻结时空间相关性增强。
• Δy方向的带电K介子荷平衡函数宽度随中心度变化不大，表明奇异夸克在碰撞初期即被产生，而非在后期强子化阶段形成。
• 当接受度切割匹配时，STAR与NA49实验的归一化W参数表现出良好一致性，尽管初始存在接受度依赖性。
• 反应面依赖性荷平衡函数显示，同号与异号电荷对的方位角相关性差异与三粒子关联结果一致；包含局部电荷守恒与流场的热模型可准确复现数据，从而排除局部宇称破坏作为主要解释。