[论文解读] Ultracentral Collisions of Small and Deformed Systems at RHIC: ${U} {U}$, ${d} {Au}$, ${}^{9}{Be} {Au}$, ${}^{9}{Be} {}^{9}{Be}$, ${}^{3}{He} {}^{3}{He}$, and ${}^{3}{He} {Au}$ Collisions

Jacquelyn Noronha-Hostler, Noah Paladino+3 more|arXiv (Cornell University)|May 30, 2019

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 84被引用 3

一句话总结

本文通过流体动力学和颜色玻璃凝聚态（CGC）模型研究了小而形变的核（如 $^{238}$U、$^9$Be 和 $^3$He）的超中央碰撞，以区分由初始几何形状驱动的集体流与胶子关联驱动的集体流。研究发现，核形变在椭圆流和三角流谐波中诱导出独特的多重性依赖性，CGC情景下形变体系的 $v_2\{2\}$ 随多重性增加而上升，为超中央碰撞中流体动力学与CGC模型的关键区分提供了依据。

ABSTRACT

In this paper, we study a range of collision systems involving deformed ions and compare the elliptic and triangular flow harmonics produced in a hydrodynamics scenario versus a color glass condensate (CGC) scenario. For the hydrodynamics scenario, we generate initial conditions using TRENTO and work within a linear response approximation to obtain the final flow harmonics. For the CGC scenario, we use the explicit calculation of two-gluon correlations taken in the high-$p_T$ ``(semi)dilute-(semi)dilute'' regime to express the flow harmonics in terms of the density profile of the collision. We consider ultracentral collisions of deformed ions as a testbed for these comparisons because the difference between tip-on-tip and side-on-side collisions modifies the multiplicity dependence in both scenarios, even at zero impact parameter. We find significant qualitative differences in the multiplicity dependence obtained in the initial conditions+hydrodynamics scenario and the CGC scenario, allowing these collisions of deformed ions to be used as a powerful discriminator between models. We also find that sub-nucleonic fluctuations have a systematic effect on the elliptic and triangular flow harmonics which are most discriminating in $0-1\%$ ultracentral symmetric collisions of small deformed ions and in $0-10\%$ $\mathrm{d} {}^{197}\mathrm{Au}$ collisions. The collision systems we consider are ${}^{238}\mathrm{U} {}^{238}\mathrm{U}$, $\mathrm{d} {}^{197}\mathrm{Au}$, ${}^{9}\mathrm{Be} {}^{197}\mathrm{Au}$, ${}^{9}\mathrm{Be} {}^{9}\mathrm{Be}$, ${}^{3}\mathrm{He} {}^{3}\mathrm{He}$, and ${}^{3}\mathrm{He} {}^{197}\mathrm{Au}$.

研究动机与目标

• 测试超中央形变离子碰撞是否可作为敏感探针，以区分小系统中集体流的流体动力学与颜色玻璃凝聚态（CGC）描述。
• 研究核形变与亚核子涨落如何影响流体动力学与CGC框架下 $v_2\{2\}$ 和 $v_3\{2\}$ 流谐波的多重性依赖性。
• 识别两种模型预测差异最显著的碰撞体系与动量空间区域，以实现实验上的区分。
• 分析初始条件几何结构（特别是尖端对尖端与侧面对侧面碰撞）对超中央事件中流谐波与多重性标度的影响。
• 确定在存在大密度梯度与核形变的真实碰撞几何中，CGC中预期的 $T_A T_B$ 标度是否被破坏。

提出的方法

• 使用 TRENTO 模型模拟流体动力学情景的初始条件，采用线性响应近似计算末态流谐波。
• 在高 $p_T$ "(半)稀释-(半)稀释"区域应用 CGC 框架，通过核密度分布表达两胶子关联与流谐波。
• 在不同碰撞体系中比较 $T_A T_B$ 与 $\sqrt{T_A T_B}$ 标度假设下 $v_2\{2\}$ 与 $v_3\{2\}$ 的多重性标度。
• 使用椭球形变的平滑光学 Glauber 轮廓（如 $^{238}$U）建模核几何结构，并计算比值 $[v_2\{2\}]_{\text{tip}}/[v_2\{2\}]_{\text{side}}$ 以量化形变效应。
• 引入事件级多重性涨落与不规则核密度轮廓，评估在真实亚核子结构下标度关系的鲁棒性。
• 分析 $^9$Be-Au 与 $^3$He-Au 等非对称体系，以探索对称碰撞之外的中等尺度形变效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 $^{238}$U-$^{238}$U 碰撞中，核形变如何改变 CGC 框架下 $v_2\{2\}$ 与 $v_3\{2\}$ 的多重性依赖性，相较于流体动力学模型？
• RQ2 核密度轮廓中的亚核子涨落在多大程度上使 CGC 模型中 $T_A T_B$ 标度的流谐波发生平坦化或畸变？
• RQ3 在哪些碰撞体系（如 $^9$Be-$^9$Be 或 $^3$He-$^3$He）中，流体动力学与 CGC 模型在流谐波多重性标度上的预测表现出最大定性差异？
• RQ4 是否如 Kovchegov 与 Wertepny (2014) 所预测，由于形变导致 $v_2\{2\}$ 的多重性标度从恒定变为增加？该效应在 $^{238}$U-$^{238}$U 与 $^9$Be-Au 体系中是否可观测？
• RQ5 CGC 模型能否再现超中央碰撞中椭圆流幅度与多重性之间的反相关性？其与流体动力学预测有何不同？

主要发现

• 在 CGC 情景下，当包含核形变时，$^{238}$U-$^{238}$U 碰撞的 $v_2\{2\}$ 随多重性呈现正斜率，违反了在光滑无变形体系中成立的 $T_A T_B$ 标度。
• 对于平滑光学 Glauber 轮廓，由于形变导致比值 $[v_2\{2\}]_{\text{tip}}/[v_2\{2\}]_{\text{side}} \approx 1.26$，表明 CGC 框架中存在可测量的几何依赖性。
• 在 $^9$Be-Au 碰撞中，$v_2\{2\}$ 的 $T_A T_B$ 标度呈现微小负斜率，表明在非对称、超中央体系中形变效应未完全体现。
• 亚核子涨落在 CGC 模型中显著平坦化了 $v_2\{2\}$ 与 $v_3\{2\}$ 的标度，尤其在 $0-1\%$ 超中央对称小形变离子碰撞中更为明显。
• $T_A T_B$ 标度在 $\mathrm{p}^{208}\mathrm{Pb}$ 碰撞中使用平滑轮廓时具有鲁棒性，但在存在大密度梯度的体系（如 $^{208}\mathrm{Pb}$-$^{208}\mathrm{Pb}$）中被强烈破坏。
• 在 $0-1\%$ 超中央 $^3$He-$^3$He 与 $0-10\%$ d-$^{197}$Au 碰撞中，流体动力学与 CGC 模型的区分能力最强，这是由于亚核子涨落在流谐波上引起的系统性效应。