[论文解读] Two-particle transverse momentum correlations in pp and p-Pb collisions at LHC energies

ALICE Collaboration, Adamova, Dagmar+1041 more|arXiv (Cornell University)|Nov 16, 2022

High-Energy Particle Collisions Research被引用 1

一句话总结

本研究利用两粒子横向动量微分关联函数，特别是电荷无关的G2关联函数，研究LHC能量下小碰撞系统（pp和p–Pb）中的黏性效应。通过分析G2在不同粒子多重性下的纵向展宽，作者未发现这些系统中存在显著的黏性效应，表明集体行为可能并非源于长寿命的黏性介质，而更可能是由其他机制（如小喷射关联或初态效应）引起。

ABSTRACT

Two-particle transverse momentum differential correlators, recently measured in Pb--Pb collisions at energies available at the CERN Large Hadron Collider (LHC), provide an additional tool to gain insights into particle production mechanisms and infer transport properties, such as the ratio of shear viscosity to entropy density, of the medium created in Pb-Pb collisions. The longitudinal long-range correlations and the large azimuthal anisotropy measured at low transverse momenta in small collision systems, namely pp and p-Pb, at LHC energies resemble manifestations of collective behaviour. This suggests that locally equilibrated matter may be produced in these small collision systems, similar to what is observed in Pb-Pb collisions. In this work, the same two-particle transverse momentum differential correlators are exploited in pp and p-Pb collisions at $\sqrt{s} = 7$ TeV and $\sqrt{s_{ m NN}} = 5.02$ TeV, respectively, to seek evidence for viscous effects. Specifically, the strength and shape of the correlators are studied as a function of the produced particle multiplicity to identify evidence for longitudinal broadening that might reveal the presence of viscous effects in these smaller systems. The measured correlators and their evolution from pp and p--Pb to Pb--Pb collisions are additionally compared to predictions from Monte Carlo event generators, and the potential presence of viscous effects is discussed.

研究动机与目标

• 通过横向动量关联研究黏性效应是否在LHC能量下的小碰撞系统（pp和p–Pb）中表现出来。
• 研究G2关联函数的纵向宽度随粒子多重性增加而演变的特征，作为黏性动量传递的指标。
• 将小系统中测量的关联函数与Pb–Pb碰撞中的结果及蒙特卡罗事件生成器的预测进行比较。
• 评估在高多重性pp和p–Pb碰撞中观测到的类似集体行为是否源于黏性流体动力学介质，或源于其他机制。
• 确定G2关联函数是否可作为小系统中剪切黏度与熵密度比（η/s）的可靠探针，类似于其在Pb–Pb碰撞中的应用。

提出的方法

• 本研究采用两粒子横向动量微分关联函数G2，特别是其电荷无关（GCI2）变体，以探测动量关联。
• 通过分析GCI2的纵向展宽随粒子多重性的变化，识别黏性效应，预期其随系统尺寸和寿命增大而增加。
• 在pp（√s = 7 TeV）和p–Pb（√sNN = 5.02 TeV）碰撞中，针对不同多重性区间测量该关联函数。
• 将结果与蒙特卡罗事件生成器（如PYTHIA、DPMJET）的预测进行比较，以区分微扰QCD效应与集体动力学的贡献。
• 分析包括电荷依赖和电荷无关的G2分量，以区分径向流（电荷依赖）与黏性动量传递（电荷无关）。
• 研究GCI2形状与强度在不同碰撞系统（pp、p–Pb、Pb–Pb）中的演化，评估关联结构的异同。

实验结果

研究问题

• RQ1 在pp和p–Pb碰撞中，GCI2关联函数的纵向展宽是否随多重性增加而增大，表明存在黏性动量传递？
• RQ2 小系统中观测到的G2关联函数形状是否与Pb–Pb碰撞中一致，后者已确立黏性效应？
• RQ3 蒙特卡罗事件生成器在多大程度上能再现小系统中测量的G2关联函数形状？
• RQ4 GCI2关联函数是否可作为小碰撞系统中η/s的探针，如同其在Pb–Pb碰撞中的应用？
• RQ5 高多重性pp和p–Pb碰撞中观测到的类似集体行为是否由黏性流体动力学驱动，或由非流体动力学效应（如小喷射关联）引起？

主要发现

• 在pp和p–Pb碰撞中，未观测到GCI2关联函数的纵向展宽随多重性显著增加，表明黏性效应不明显。
• 小系统中GCI2关联函数的形状与演化与中心Pb–Pb碰撞显著不同，后者已确立黏性展宽。
• 如PYTHIA和DPMJET等蒙特卡罗生成器未能再现高多重性小系统中测量的GCI2形状，表明这些模型中缺少相关物理机制。
• 电荷无关的GCI2关联函数未表现出随多重性增加而展宽的明确趋势，与黏性流体动力学模型的预期相矛盾。
• 结果表明，小系统中的类似集体行为可能并非源于长寿命的黏性介质，而更可能源于初态关联或小喷射效应。
• GCI2中缺乏黏性展宽挑战了将小系统中的集体性解释为具有有限剪切黏度的流体动力学流的假设。