Quark Matter 2017
理論の発展
カイラル磁気効果、カイラル渦効果を中心にSµR 6= µL

j

j
N

B

µR 6= µL

本郷 優
(理研 iTHES)

Quark Matter 2017
理論・実験の発展
カイラル磁気効果、カイラル渦効果を中心にSµR 6= µL

j

j
N

B

µR 6= µL

本郷 優
(理研 iTHES)QGPと流体力学•

系の詳細によらない，ユニバーサルな記述を行う•

マクロなダイナミクスを記述する有効理論•

保存量のみに注目 〜 系の対称性のみに注目[日高 義将, 本郷 優, 数理科学 2017年 7月号掲載予定「場の量子論と流体力学のつながり」]

クォーク・グルーオン プラズマhttp://www.bnl.gov/rhic/news2/news.asp?a=1403&t=pr

流体力学 { (x), v(x)}'対称性の破れと流体力学◆ 自発的な対称性の破れ
ミクロな現れ：真空の選択

マクロな現れ：超流動

https://en.wikipedia.org/wiki/Superfluidity#/
media/File:Liquid̲helium̲Rollin̲film.jpg◆ 量子異常による対称性の破れ
ミクロな現れ：π0崩壊⇡

0

マクロな現れ：カイラル異常輸送SµR 6= µLj
[Adller 1969, Bell-Jackiw 1969]

N

B[Erdmenger et al. 2008, Son-Surowka 2009]パリティの破れに伴う輸送現象◆ カイラル磁気効果 (CME)

eµ
5
~
~j =
B
2⇡ 2
◆ カイラル渦効果 (CVE)

µµ
5
~j =
!
~
2
2⇡

[Fukushima et al.2008, Vilenkin 1980]

SµR 6= µL

j

N

B

[Erdmenger et al. 2008, Son-Surowka 2009]jµR 6= µL

CME検証の場としての重イオン衝突

 Strong B
collision
 RHIC LHC –

 Inducquan

 Chiral a
重イオン衝突には強い磁場もパリティの破れもある！
QGPはカイラル磁気効果を検証する絶好の場！！
07/02/2017

Sang Eon Park – QM 2017, Chicago

典型的な磁場の強さ
10

5

T

・棒磁石，ピップエレキバン

10

1

T

・実験室で到達可能な定常磁場

10 T

・実験室で到達可能な瞬間磁場

103 T・マグネターの表面

8-

・地球の地磁気・重イオン衝突における磁場
宇宙で最も強い磁場！

10

10

11

1015 TTカイラル輸送現象と重要な物理
カイラル磁気効果(CME)SµR 6= µLj

カイラル渦効果(CVE)jN

BµR 6= µL

重イオン衝突での目標：①カイラル輸送現象の検証，並びに②これを用いたQCDの性質の検証① CME/CVE自身の② QCD真空の性質

実験的検証(スファレロン遷移)

物性物理での検証可能！

物性物理ではむずかしい!
が，重イオンでも非常に厳しい[Q. Li, Nature Phys. (2016), …]

QM2017での進展(の一部)
1. 重イオン衝突におけるカイラル輸送現象の検証に向けて- カイラル磁気効果を含んだ流体力学の数値計算と粒子相関 [Talk by Hirono]- 粘性+カイラル輸送流体のシミュレーションと粒子相関の計算 [Talk by Shi]
- 小さい系におけるカイラル磁気効果の実験的検証 [Talk by Sorensen, Tu, Park]- RHICの同重体(isobar, ZrZr/RuRu)衝突実験に向けた計算 [Talk by Huang, Shi]
- 初期過程における古典統計近似に基づいたカイラル磁気効果の計算 [Talk by Mueller]- カイラル渦/磁気効果を含んだ流体力学の数値計算と粒子相関 [Talk by Guo]
- 流速場の渦度分布の時間発展とラムダ粒子の偏極 [Talk by Pang, Karpenko, Wang]- 原子核内の荷電粒子を波束として扱ったときの電磁場の時間発展 [Talk by Peroutka]

2. カイラル輸送現象に関する新しい現象の提案- 磁力線のつなぎかえにより誘発されるカイラル磁気効果 [Talk by Hirono, Kharzeev]- カイラル磁気流体におけるモード解析と不安定モード [Talk by Hattori, Hirono]- 強い磁場中におけるカイラルプラズマの輸送現象(電荷の再分配) [Talk by Hattori]

QM2017での進展(の一部)
3. 流体力学の理論的枠組みに関する進展- Bjorken解を背景にした流体の非線形揺らぎとロングタイムテイル [Talk by Akamatsu]- 臨界点近傍における流体方程式の現象論的理解 [Talk by Stephanov]- 場の理論(久保公式)に基づいた粘性・緩和時間の摂動計算 [Talk by Czajka]

4.その他- Lefschetz thimbleを用いた符号問題への取り組み(実時間と有限密度) [Talk by Basar]- 曲がった時空中における新たなカイラル渦効果の提案 [Talk by Fukushima in satellite]- 世界線形式に基づいたカイラル運動論の再定式化 [Talk by Venugopalan in satellite]

QM2017での進展(の一部)
3. 流体力学の理論的枠組みに関する進展- Bjorken解を背景にした流体の非線形揺らぎとロングタイムテイル [Talk by Akamatsu]- 臨界点近傍における流体方程式の現象論的理解 [Talk by Stephanov]- 場の理論(久保公式)に基づいた粘性・緩和時間の摂動計算 [Talk by Czajka]

4.その他- Lefschetz thimbleを用いた符号問題への取り組み(実時間と有限密度) [Talk by Basar]- 曲がった時空中における新たなカイラル渦効果の提案 [Talk by Fukushima in satellite]- 世界線形式に基づいたカイラル運動論の再定式化 [Talk by Venugopalan in satellite]

QM2017での進展(の一部)
1. 重イオン衝突におけるカイラル輸送現象の検証に向けて- カイラル磁気効果を含んだ流体力学の数値計算と粒子相関 [Talk by Hirono]- 粘性+カイラル輸送流体のシミュレーションと粒子相関の計算 [Talk by Shi]
- 小さい系におけるカイラル磁気効果の実験的検証 [Talk by Sorensen, Tu, Park]- RHICの同重体(isobar, ZrZr/RuRu)衝突実験に向けた計算 [Talk by Huang, Shi]
- 初期過程における古典統計近似に基づいたカイラル磁気効果の計算 [Talk by Mueller]- カイラル渦/磁気効果を含んだ流体力学の数値計算と粒子相関 [Talk by Guo]
- 流速場の渦度分布の時間発展とラムダ粒子の偏極 [Talk by Pang, Karpenko, Wang]- 原子核内の荷電粒子を波束として扱ったときの電磁場の時間発展 [Talk by Peroutka]

2. カイラル輸送現象に関する新しい現象の提案- 磁力線のつなぎかえにより誘発されるカイラル磁気効果 [Talk by Hirono, Kharzeev]- カイラル磁気流体におけるモード解析と不安定モード [Talk by Hattori, Hirono]- 強い磁場中におけるカイラルプラズマの輸送現象(電荷の再分配) [Talk by Hattori]

QM2017での進展(の一部)
1. 重イオン衝突におけるカイラル輸送現象の検証に向けて- カイラル磁気効果を含んだ流体力学の数値計算と粒子相関 [Talk by Hirono]- 粘性+カイラル輸送流体のシミュレーションと粒子相関の計算 [Talk by Shi]
- 小さい系におけるカイラル磁気効果の実験的検証 [Talk by Sorensen, Tu, Park]- RHICの同重体(isobar, ZrZr/RuRu)衝突実験に向けた計算 [Talk by Huang, Shi]
- 初期過程における古典統計近似に基づいたカイラル磁気効果の計算 [Talk by Mueller]- カイラル渦/磁気効果を含んだ流体力学の数値計算と粒子相関 [Talk by Guo]
- 流速場の渦度分布の時間発展とラムダ粒子の偏極 [Talk by Pang, Karpenko, Wang]- 原子核内の荷電粒子を波束として扱ったときの電磁場の時間発展 [Talk by Peroutka]

2. カイラル輸送現象に関する新しい現象の提案- 磁力線のつなぎかえにより誘発されるカイラル磁気効果 [Talk by Hirono, Kharzeev]- カイラル磁気流体におけるモード解析と不安定モード [Talk by Hattori, Hirono]- 強い磁場中におけるカイラルプラズマの輸送現象(電荷の再分配) [Talk by Hattori]

[STAR] PRL 103, 251601 (2009)

CMEのシグナル候補1
Charge dependent correlations: hcos(

↵
1 +

2

2

RP )i

↵,

2 {+, }

同じ電荷同士の2粒子相関・異なる電荷の2粒子相関の間の非対称性がCMEのシグナルになっているはず！

[QM2015 Hironoのスライド]

Charge dependent correlations [STAR]4

[QM2015 Hironoのスライド]

Charge dependent correlations [STAR]4

[QM2015 Hironoのスライド]

Charge dependent correlations [STAR]5

[QM2015 Hironoのスライド]

Charge dependent correlations [STAR]

B

6

[QM2015 Hironoのスライド]

Charge dependent correlations [STAR]

B

6

[QM2015 Hironoのスライド]

Charge dependent correlations [STAR]

B

6

[QM2015 Hironoのスライド]

Charge dependent correlations [STAR]

B

7

[QM2015 Hironoのスライド]

Charge dependent correlations [STAR]

B

7

[QM2015 Hironoのスライド]

Charge dependent correlations [STAR]

B

7

[QM2015 Hironoのスライド]

Charge dependent correlations [STAR]8

[QM2015 Hironoのスライド]

Charge dependent correlations [STAR]9

[QM2015 Hironoのスライド]

Charge dependent correlations [STAR]9

[QM2015 Hironoのスライド]15

[QM2015 Hironoのスライド]16

[QM2015 Hironoのスライド]17

[QM2015 Hironoのスライド]

Axial charges from color flux tubes
Sign of18

[QM2015 Hironoのスライド]

Axial charges from color flux tubes
Sign of19

[QM2015 Hironoのスライド]B- RHIC energy- =7.2fm(20-30%)
32

[QM2017 Hironoのスライド]

Event-by-event anomalous hydrounder decaying B[Hirono-Hirano-Kharzeev 1412.0311]

Without CME
With CME

Gamma is indeed sensitive to CME

33

QM2017での進展(の一部)
1. 重イオン衝突におけるカイラル輸送現象の検証に向けて- カイラル磁気効果を含んだ流体力学の数値計算と粒子相関 [Talk by Hirono]- 粘性+カイラル輸送流体のシミュレーションと粒子相関の計算 [Talk by Shi]
- 小さい系におけるカイラル磁気効果の実験的検証 [Talk by Sorensen, Tu, Park]- RHICの同重体(isobar, ZrZr/RuRu)衝突実験に向けた計算 [Talk by Huang, Shi]
- 初期過程における古典統計近似に基づいたカイラル磁気効果の計算 [Talk by Mueller]- カイラル渦/磁気効果を含んだ流体力学の数値計算と粒子相関 [Talk by Guo]
- 流速場の渦度分布の時間発展とラムダ粒子の偏極 [Talk by Pang, Karpenko, Wang]- 原子核内の荷電粒子を波束として扱ったときの電磁場の時間発展 [Talk by Peroutka]

2. カイラル輸送現象に関する新しい現象の提案- 磁力線のつなぎかえにより誘発されるカイラル磁気効果 [Talk by Hirono, Kharzeev]- カイラル磁気流体におけるモード解析と不安定モード [Talk by Hattori, Hirono]- 強い磁場中におけるカイラルプラズマの輸送現象(電荷の再分配) [Talk by Hattori]

[QM2017 Shiのスライド]

Quantifying CME from Anomalous-Viscous Fluid Dynamics

Shuzhe Shi
60 - 80%
5axial (& vector)
charge density

initial condition+

Anomalous-Viscous
Fluid
Dynamics

dynamical
evolution

UrQMD (κ =1)-10
2

30 - 60%

1

0

Au+Au

-1

Pb+Pb

10 - 30%
0.5

0

10

102

10

3

sNN (GeV)

final particle
distribution

driving force
B field

κ=1
κ = 1.5
κ=2-5

104 × (HSS - HOS)

How Can We Calculate CME Quantitatively?

0

M.Hongo, Y.Hirono, T.Hirano, 2013;
H.-U.Yee, Y.Yin, 2014;
Y.Hirono, T.Hirano, D.Kharzeev, 2014;
Y.Yin, J.Liao, 2016;

[QM2017 Shiのスライド]

Quantifying CME from Anomalous-Viscous Fluid Dynamics

Anomalous-Viscous Fluid Dynamics
2
N
q
c
_____
"
"
D" JR = +
E" B
2
4#

2
N
q
c
_____
"
"
D" JL = —
E" B
2
4#

Nc q
____
"
"
"
"
JR = nR u + *R +
"
B
R
2

4#
Nc q
"
"
"
"
____
JL = nL u + *L —
"L B
2
4#
CME
1
"
*
__
( * d *R,L = —(*R,L" - *NS")+rlx

on top of 2+1D VISHNew —— OSU GroupD" T"* = 0

Shuzhe Shi

[QM2017 Shiのスライド]

Quantifying CME from Anomalous-Viscous Fluid Dynamics

Shuzhe Shi

Effect of Viscous Transportation
1__( * d *R,L = —(*R,L" - *NS")
+rlx
" __
!
!
__
__
"
"*
*NS = T( ,* + q E"
2
T 2
"

*

๏ Viscous transportation
has sizable (~30%) effecton charge separation.
๏ “Canonic” parameters
are employed.

[QM2017 Shiのスライド]

Quantifying CME from Anomalous-Viscous Fluid Dynamics

Shuzhe Shi

Comparison with Experimental Data

+B =0.6 fm/c

Implementing with best
estimated nA & +B
Good agreement for
magnitude & centrality trend
Y.Jiang, SS, Y.Yin & J.Liao,
arXiv:1611.04586

[QM2017 Shiのスライド]

Quantifying CME from Anomalous-Viscous Fluid Dynamics

Shuzhe Shi

CME from event-by-event simulationnA /s=0.0

nA /s=0.1

0.01 + 28.7 × v2

0.14 + 30.2 × v2

0.82 + 30.7 × v2

6

4

8

104 ×γOS-SS

8

104 ×γOS-SS

8

104 ×γOS-SS

nA /s=0.2

6

4

6

4

2

2

2

0

0

0

0.00

0.05

0.10

0.15

v2

0.20

0.25

0.00

0.05

0.10

0.15

v2

0.20

0.25

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

v2

' = $ v2 F — H

0.25

注意：以上のシナリオは危ない
U (1)V ⇥ U (1)A に関するカイラル輸送は流体力学としては危険！

U (1)V :µ@µ jV = 0

U (1)A :

µ
2 a
a
0 2
@µ j5 = Cg E · B + C e E · BµVµA

U (1)V ⇥ SU (2)A に関したカイラル輸送は流体としてまだ安全µ0 2
SU (2)A 3 @µ A3 = C e E · Bµ A3µA3 に関するCME/CVE自体を流体力学で調べることはできるが，重イオン衝突におけるスファレロン遷移をµAを含めたカイラル流体力学で調べるのは理論的に危険

[STAR] PRL 103, 251601 (2009)

CMEのシグナル候補1
Charge dependent correlations: hcos(

↵
1 +

2

2

RP )i

↵,

2 {+, }

これらは本当にCMEのシグナルと言えるか？

参照実験で本当にシグナルか確かめよう！

同じ電荷同士の2粒子相関・異なる電荷の2粒子相関の間の非対称性がCMEのシグナルになっているはず！

QM2017での進展(の一部)
1. 重イオン衝突におけるカイラル輸送現象の検証に向けて- カイラル磁気効果を含んだ流体力学の数値計算と粒子相関 [Talk by Hirono]- 粘性+カイラル輸送流体のシミュレーションと粒子相関の計算 [Talk by Shi]
- 小さい系におけるカイラル磁気効果の実験的検証 [Talk by Sorensen, Tu, Park]- RHICの同重体(isobar, ZrZr/RuRu)衝突実験に向けた計算 [Talk by Huang, Shi]
- 初期過程における古典統計近似に基づいたカイラル磁気効果の計算 [Talk by Mueller]- カイラル渦/磁気効果を含んだ流体力学の数値計算と粒子相関 [Talk by Guo]
- 流速場の渦度分布の時間発展とラムダ粒子の偏極 [Talk by Pang, Karpenko, Wang]- 原子核内の荷電粒子を波束として扱ったときの電磁場の時間発展 [Talk by Peroutka]

2. カイラル輸送現象に関する新しい現象の提案- 磁力線のつなぎかえにより誘発されるカイラル磁気効果 [Talk by Hirono, Kharzeev]- カイラル磁気流体におけるモード解析と不安定モード [Talk by Hattori, Hirono]- 強い磁場中におけるカイラルプラズマの輸送現象(電荷の再分配) [Talk by Hattori]

Small systemでの実験結果

[QM2017 Sorensenのスライド]

Potential Backgrounds

Backgrounds unrelated to the chiral magnetic effect may be able toexplain the observed charge separation*++*blastwave based model can’t explain
γos and γss separately

Flow boost collimates pairs morestrongly in-plane than out of plane
known backgrounds are expected togo as v2

Difficult to draw definitive conclusions without better models, and an
independent lever arm for magnetic field and v2

44

[QM2017 Sorensenのスライド]

Disentangling the Entangled

CME should follow projectedmagnetic field B2 cos (2 (ψ B −ψ2 ))Signal and background have
similar centrality dependence
Prithwish Tribedy: Parallel Session 4.2

Background mimics the signal. We need ways to break the degeneracy.
Several attempts were shown at this Quark Matter- Ultra central U+U and Au+Au (P. Tribedy)- Event-shape engineering (A. Dobrin)- p+A, d+A (X.-G.Huang, S. Park, P. Tribedy, Z. Tu, L. Wen)
In the future, isobar collisions 96Ru40 and 96Zr44 appear very promising45

[QM2017 Tuのスライド]

How can we turn it off?
o Charge separation signal: Δγ ∼ B

2(arXiv:1607.04697

cos 2Ψ B − 2Ψ EP

How does the B-field in pPb compare to PbPb?
Ø B (PbPb) > B (pPb) for the magnitude
PbPb

pPb

.

B

.

x

B

QM201719)

[QM2017 Tuのスライド]

How can we turn it off?
o Charge separation signal: Δγ ∼ B

2(arXiv:1607.04697

cos 2Ψ B − 2Ψ EP

How does the B-field in pPb compare to PbPb?
Ø B (PbPb) > B (pPb) for the magnitudeØ De-correlation between ѰB and ѰEP

QM201720)

[QM2017 Tuのスライド]

How can we turn it off?
o Charge separation signal: Δγ ∼ B

2(arXiv:1607.04697

cos 2Ψ B − 2Ψ EP

How does the B-field in pPb compare to PbPb?
Ø B (PbPb) > B (pPb) for the magnitudeØ De-correlation between ѰB and ѰEP

QM201721)

[QM2017 Tuのスライド]

How can we turn it off?
o Charge separation signal: Δγ ∼ B

2(arXiv:1607.04697

cos 2Ψ B − 2Ψ EP

How does the B-field in pPb compare to PbPb?
Ø B (PbPb) > B (pPb) for the magnitudeØ De-correlation between ѰB and ѰEP

QM201722)

[QM2017 Tuのスライド]

How can we turn it off?
o Charge separation signal: Δγ ∼ B

2arXiv:1607.04697(

cos 2Ψ B − 2Ψ EP

Ø B (PbPb) > B (pPb) for the magnitudeØ De-correlation between ψB (~ψRP) and ψEP (~ψPP)
CMS

0.3

MC Glauber MinBias〈cos(2(Ψ −ΨPP))〉pPb = 0.001 ± 0.002〈b〉PbPb = 12.29 ± 0.00RP〈cos(2(Ψ −ΨPP))〉PbPb = 0.530 ± 0.002

(2)

RP

(1)
2

CMS

0.3

〈b〉pPb = 3.39 ± 0.03

EPOS LHC

offline0.2

pPb, 185 ≤ Ntrk

< 220 (0.006-0.06%)

0.2

offlinePbPb, Cent. 60-70% (100 ≤ Ntrk < 300)()
cos (2Ψ − 2Ψ )2

⎛ BpPb ⎞ ⎛ bpPb ⎞
1
∼
≤
⎜
⎟ ⎜
⎟
⎝ BPbPb ⎠ ⎝ bPbPb ⎠ 16
0.1

0.1

5
10
15
Impact Parameter b (fm)

20

0
−1

cos 2Ψ B − 2Ψ EP

pPb

B

PbPb

EP

pPb
PbPb

(1)
0
0

)

(2)

−0.5
0
0.5
cos(2(ΨRP−ΨPP))1

Ø Δ!(PbPb) >> Δ! (pPb) è support CME in AA
Ø Δ!(PbPb) ≈ Δ! (pPb) è challenge to CME
QM201724≪1

[QM2017 Tuのスライド]! as function of multiplicity
PbPb centrality(%)
65

55

45

35

CMS

sNN = 5.02 TeV

0.5

SS OS
pPb, φc(Pb-going)
PbPb

0

β

o Almost identical forboth SS and OS from 90
to 300 (Ntrk) btw two
systems.

×10〈cos(φα+φ -2φc)〉/v2,co Integrated results asfunction of multiplicity
in pPb and PbPb
collisions.

−3

−0.5

|Δη < 1.6|

o It does’t seem like a
coincidence àchallenge to CME

arXiv:1610.00263
102

QM20173

Noffline
trk

10

28

[QM2017 Tuのスライド]osss
Δ! (! - ! )185 ≤ Noffline
< 220
trk
sNN = 5.02 TeV

1pPb, φc(Pb-going)
pPb, φc(p-going)
PbPb

×10

65

55

PbPb centrality(%)
45

35

CMS

sNN = 5.02 TeV

1pPb, φc(Pb-going)
pPb, φc(p-going)
PbPb

0.5

β

0.5

−3

CMS

β

〈cos(φα+φ -2φc)〉/v2,c (OS − SS)

1.5 ×10

arXiv:1610.00263〈cos(φα+φ -2φc)〉/v2,c (OS − SS)

−3

0
(a)

0

1

2

3

4

(b)

0
102

|∆η|

3

Nofflinetrk

10o All Δ! (OS-SS) agree with each other in both Δη and multiplicity.
o The charge separation signal seems not related to B-field.
QM201730

CMEのシグナル，あるいはバックグラウンド

[STAR] PRL 103, 251601 (2009)

CMEのシグナル候補1
Charge dependent correlations: hcos(

↵
1 +

2

2

RP )i

↵,

2 {+, }

シグナルという主張にはまだ議論が多い段階

他にCMEのシグナルはないの？

同じ電荷同士の2粒子相関・異なる電荷の2粒子相関の間の非対称性がCMEのシグナルになっているはず！

[STAR] PRL 114, 252302 (2015)

CMEのシグナル候補2
Charge dependent elliptic flow:v2 ⌘ v2 (⇡ )+v2 (⇡ )

荷電粒子(とくにπ中間子)の楕円フローに関する
電荷ごとの非対称性がCMEのシグナルになっているはず！

カイラル磁気波(CMW)
カイラル分離効果

カイラル磁気効果

Nc e
j5 =
µB
2
2

Nc e
j=
µ5 B
2
2

Chiral Magnetic Wave

[Kharzeev, Yee, 2011]

ex.)

~j5

~
B
µ>0
µ5 = 0

電荷分布の
四重極変形

~j
+

µ5 > 0µ5 < 0

+

~j

+

+

+
+
+
−
−
−
−
−
−−
−
− −+
+
+
++
+
+

RP

[Burnier et al, 2012]

Charge dependent v2
電荷分布の変形がないとき+
v2 = v2

Charge dependent v2：

電荷の四重極変形があるとき

v2

+
+
+
+
+
− + −
− −
− −−
− + −
+
+ +
+

+
v2 = v2

v2± = v2

re A ,

N+ N
N+ + NA

実験結果 from STARre10 2 > 0

カイラル磁気波のシグナル？
[Burnier et al, 2012](arXiv:1210.5498)

Zhenyu'Chen'(Rice'University)'
for'the'CMS'Collabora: on''
Hot'Quarks'Workshop'2014''STAR(Phys.Rev.Lett. 114 (2015))

ALICE(Phys.Rev. C93 (2016))

07/02/2017

Sang Eon Park – QM 2017, Chicago

11

Small systemでの実験結果

Zhenyu'Chen'(Rice'University)'
for'the'CMS'Collabora: on''
Hot'Quarks'Workshop'2014'' 1. CMW in a smaller system (pPb)

Smaller B field
07/02/2017

arXiv:1610.00263
Z.Tu’s talk at 3pm !

B field direction ≠ Reaction Plane

Sang Eon Park – QM 2017, Chicago

12Zhenyu'Chen'(Rice'University)'
for'the'CMS'Collabora: on''
Hot'Quarks'Workshop'2014'' 2. Third Order Harmonics
 CMW mechanism predicts theslope of the third harmonic to bezero Orientation of the triangular flow
has no correlation with RP Measurement of v3 slope in PbPb
- crucial in testing CMW
07/02/2017

Sang Eon Park – QM 2017, Chicago

13

Zhenyu'Chen'(Rice'University)'
for'the'CMS'Collabora: on''
Hot'Quarks'Workshop'2014'
'
p

Pb

Pb
Pb

Significant nonzero slope observed in pPb : Challenges CMW!
07/02/2017

Sang Eon Park – QM 2017, Chicago

15

Zhenyu'Chen'(Rice'University)'
for'the'CMS'Collabora: on''
Hot'Quarks'Workshop'2014'' A. Bzdak, P. Bozek–

Detector+Phys.Lett. B726 (2013) 239-243

Neutral Cluster

Primary Vertex

Ach created!

+– Not Detected!

 Neutral cluster decays locally into charged pairs with acertainseparation
07/02/2017

Sang Eon Park – QM 2017, Chicago

17

Zhenyu'Chen'(Rice'University)'
for'the'CMS'Collabora: on''
Hot'Quarks'Workshop'2014'' A. Bzdak, P. Bozek–

Detector

Large PT
Primary Vertex

Phys.Lett. B726 (2013) 239-243+
Neutral Cluster

Small PT

Ach created!

+– Not Detected!

Clusters with small PT → More likely to contribute to Ach
07/02/2017

Sang Eon Park – QM 2017, Chicago

18Zhenyu'Chen'(Rice'University)'
for'the'CMS'Collabora: on''
Hot'Quarks'Workshop'2014''
Phys.Lett. B724
(2013) 213-240

07/02/2017

When PT is small, V2 is proportional to PT

Sang Eon Park – QM 2017, Chicago

19

Zhenyu'Chen'(Rice'University)'
for'the'CMS'Collabora: on''
Hot'Quarks'Workshop'2014''

1. Clusters with small PT → More likely to contribute to Ach
2. When PT is small, V2 is proportional to PT
More h+with small PT

Smaller V2
for h+

Less h- withsmall PT

Larger V2 forh-Larger Ach

07/02/2017

Sang Eon Park – QM 2017, Chicago

20

CMEのシグナル，あるいはバックグラウンド

CMEの探索のまとめ
CMEのシグナルだと思われていた観測量の振る舞いがCharge dependent correlations

Charge dependent elliptic flowのようにCMEの効果が小さいはずのpPb衝突でも得られてしまった！
シグナルかバックグラウンドかを区別する解析・実験が必要！！

CMEの検証に向けた
今後の展望

QM2017での進展(の一部)
1. 重イオン衝突におけるカイラル輸送現象の検証に向けて- カイラル磁気効果を含んだ流体力学の数値計算と粒子相関 [Talk by Hirono]- 粘性+カイラル輸送流体のシミュレーションと粒子相関の計算 [Talk by Shi]
- 小さい系におけるカイラル磁気効果の実験的検証 [Talk by Sorensen, Tu, Park]- RHICの同重体(isobar, ZrZr/RuRu)衝突実験に向けた計算 [Talk by Huang, Shi]
- 初期過程における古典統計近似に基づいたカイラル磁気効果の計算 [Talk by Mueller]- カイラル渦/磁気効果を含んだ流体力学の数値計算と粒子相関 [Talk by Guo]
- 流速場の渦度分布の時間発展とラムダ粒子の偏極 [Talk by Pang, Karpenko, Wang]- 原子核内の荷電粒子を波束として扱ったときの電磁場の時間発展 [Talk by Peroutka]

2. カイラル輸送現象に関する新しい現象の提案- 磁力線のつなぎかえにより誘発されるカイラル磁気効果 [Talk by Hirono, Kharzeev]- カイラル磁気流体におけるモード解析と不安定モード [Talk by Hattori, Hirono]- 強い磁場中におけるカイラルプラズマの輸送現象(電荷の再分配) [Talk by Hattori]

[QM2017 Shiのスライド]

Quantifying CME from Anomalous-Viscous Fluid Dynamics

Shuzhe Shi

Test of CME — Isobaric Collisions @ RHIC

96
44

Ruthenium

Same Baryon #Different Proton #96
40

Zirconium

Similar Bulk Background
Different CME!

[QM2017 Shiのスライド]

Quantifying CME from Anomalous-Viscous Fluid Dynamics

Shuzhe Shi
60 - 80%
5axial (& vector)
charge density

initial condition+

Anomalous-Viscous
Fluid
Dynamics

dynamical
evolution

UrQMD (κ =1)-10
2

30 - 60%

1

0

Au+Au

-1

Pb+Pb

10 - 30%
0.5

0

10

102

10

3

sNN (GeV)

final particle
distribution

driving force
B field

κ=1
κ = 1.5
κ=2-5

104 × (HSS - HOS)

How Can We Calculate CME Quantitatively?

0

M.Hongo, Y.Hirono, T.Hirano, 2013;
H.-U.Yee, Y.Yin, 2014;
Y.Hirono, T.Hirano, D.Kharzeev, 2014;
Y.Yin, J.Liao, 2016;

[QM2017 Shiのスライド]

Quantifying CME from Anomalous-Viscous Fluid Dynamics

Anomalous-Viscous Fluid Dynamics
2
N
q
c
_____
"
"
D" JR = +
E" B
2
4#

2
N
q
c
_____
"
"
D" JL = —
E" B
2
4#

Nc q
____
"
"
"
"
JR = nR u + *R +
"
B
R
2

4#
Nc q
"
"
"
"
____
JL = nL u + *L —
"L B
2
4#
CME
1
"
*
__
( * d *R,L = —(*R,L" - *NS")+rlx

on top of 2+1D VISHNew —— OSU GroupD" T"* = 0

Shuzhe Shi

[QM2017 Shiのスライド]

Quantifying CME from Anomalous-Viscous Fluid Dynamics

Shuzhe Shi

Test of CME — Isobaric Collisions @ RHIC

0.6
0.4

Ru / Zr

Ru
1.5

Zr

1.0

2

0.2
0.0

10 ×(γOS -γSS)×Npart' = $ v2 F — H

2

10 × (FOS -FSS )

0.8

2.0

Au

0.5

0 100 200 300 400 500 600 700

Multiplicity

10

20

30

40

50

60

70

Centrality (%)

collaborating with E.Lilleskov, Y.Jiang & J. Liao[QM2017 Huangのスライド]!"#$%&'()(#**'"'#+"!"#$%"&'&()*%+',--./0)1-2'.3&4536"43-2!"##$%&'$()$#*+$%&,-'.,&,'/0#'&1$'),#,+$&$#23!,2$'43 $56'27,&&$#*%8'$()$#*+$%&2'!"#$%&'()*)'*)+&',--./!,2$'93'70+)#$1$%2*:$'+0.$-'.$."7&*0%2'!"#$%&'()*)'*)+&',--./!"#$%&!"#$%1!! !"#$

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[QM2017 Huangのスライド]!"#$%&'()(#**'"'#+"!"#$#%&'(%)"*$#+',#*&-'%"-'#"#$#%&'*++*"$.#+#$/'!"#$%&'()%&*+%&+#,&-+#$%&./01!!" !"#$%&'&()*+#,$(%&-.'&(/0*'/"-%"#%&1$*234567#89:%&'()%&;<+#$%&+#,&=:+5%&./0>?

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1. 重イオン衝突におけるカイラル輸送現象の検証に向けて- カイラル磁気効果を含んだ流体力学の数値計算と粒子相関 [Talk by Hirono]- 粘性+カイラル輸送流体のシミュレーションと粒子相関の計算 [Talk by Shi]
- 小さい系におけるカイラル磁気効果の実験的検証 [Talk by Sorensen, Tu, Park]- RHICの同重体(isobar, ZrZr/RuRu)衝突実験に向けた計算 [Talk by Huang, Shi]
- 初期過程における古典統計近似に基づいたカイラル磁気効果の計算 [Talk by Mueller]- カイラル渦/磁気効果を含んだ流体力学の数値計算と粒子相関 [Talk by Guo]
- 流速場の渦度分布の時間発展とラムダ粒子の偏極 [Talk by Pang, Karpenko, Wang]- 原子核内の荷電粒子を波束として扱ったときの電磁場の時間発展 [Talk by Peroutka]

2. カイラル輸送現象に関する新しい現象の提案- 磁力線のつなぎかえにより誘発されるカイラル磁気効果 [Talk by Hirono, Kharzeev]- カイラル磁気流体におけるモード解析と不安定モード [Talk by Hattori, Hirono]- 強い磁場中におけるカイラルプラズマの輸送現象(電荷の再分配) [Talk by Hattori]

[QM2017 Muellerのスライド]1.

Anomalous Phenomena
in Heavy Ion Collisions

CGC
colliding nuclei

flux tubes

over-occupied
plasmakinetic regimehydrodynamic
regimeS. Schlichting 2016

2

[QM2017 Muellerのスライド]1.

Anomalous Phenomena
in Heavy Ion Collisions

CGC
colliding nuclei

flux tubes

over-occupied
plasmakinetic regimehydrodynamic
regimenon-equilibrium anomalous fermion production
from coherent fields (Tanji et al. 2016)
and sphaleron transitions (Mace et al. 2016)
large magnetic fields present
Anomalous Transport (CME, CSE and CMW)?

Subsequent interactions in the fire ball,axial transport and relaxation
weak to strong coupling

Theory:classical statisticalsimulations + fermionschiral kinetic theory

Thermalization / Freezout

S. Schlichting 2016

anomaloushydrodynamics 2

[QM2017 Muellerのスライド]2.

Real-time simulations

Anomalous fermion dynamics induced by a topologicial transition→ Classical statistical simulations
simplified situation: setting up an isolated sphaleron transition in background abelian magnetic fields

B

Mace et al 2016 (see poster)- consistent treatment of axial charge production, non-abelian gauge fields as
dynamical degrees of freedom.

Fermions: Challenging!
Solving Dirac operator equationin mode-function expansion→ extremely costly (~N6)→ big obstacle so far and many attempts at reducing price (e.g. 'low-cost' techniques, Borsányi and Hindmarsh 2009)3

[QM2017 Muellerのスライド]2.

Real-time simulations

Chiral Magnetic and Chiral Separation Effect
NM, Schlichting, Sharma, PRL 117 (2016) 142301; Mace, NM, Schlichting, Sharma, arXiv:1612.02477

Initially: Vacuum (no fermions, no axial charge)
Chiral Magnetic Effect:
Chiral Separation Effect:

Electric current generated due to axial
charge produced
Axial current generated due
to electric charge→ Emergence of the Chiral Magnetic WaveB

abelian magnetic
field along z
5

[QM2017 Muellerのスライド]2.

Real-time simulations

Magnetic Field Dependence

asymptotic limit,“simple”
estimates work

finite magnetic field:→ important deviations from 'ideal'
picture of CME
6

[QM2017 Muellerのスライド]2.

Real-time simulations

Finite quark massfinite quark mass effects→ anomalous transport
suppressed for heavy quarks
7まとめ
1. 重イオン衝突におけるカイラル輸送現象の検証に向けて- カイラル磁気効果を含んだ流体力学の数値計算と粒子相関 [Talk by Hirono]- 粘性+カイラル輸送流体のシミュレーションと粒子相関の計算 [Talk by Shi]
- 小さい系におけるカイラル磁気効果の実験的検証 [Talk by Sorensen, Tu, Park]- RHICの同重体(isobar, ZrZr/RuRu)衝突実験に向けた計算 [Talk by Huang, Shi]
- 初期過程における古典統計近似に基づいたカイラル磁気効果の計算 [Talk by Mueller]- カイラル渦/磁気効果を含んだ流体力学の数値計算と粒子相関 [Talk by Guo]

理論計算も実験解析も着実に進展している．

- 流速場の渦度分布の時間発展とラムダ粒子の偏極 [Talk by Pang, Karpenko, Wang](とくに，CME+Hydroによる観測量の計算は大きな進展．

- 原子核内の荷電粒子を波束として扱ったときの電磁場の時間発展 [Talk by Peroutka]

ただし，問題点がいろいろあることにも気をつける必要あり)

2. カイラル輸送現象に関する新しい現象の提案

しかしいまのところ，CMEのシグナルと断言できるものはない- 磁力線のつなぎかえにより誘発されるカイラル磁気効果 [Talk by Hirono, Kharzeev](個人的には今回出た実験データはCMEを否定しているように見える)- カイラル磁気流体におけるモード解析と不安定モード[Talk by Hattori, Hirono]ということで，次回QMのさらなる結果に乞うご期待！
- 強い磁場中におけるカイラルプラズマの輸送現象(電荷の再分配)[Talk by Hattori]

Back up

QM2017のさんかしゃりろん（２６めい）
あかまつ,いたくら,おおの,おかい,おかもと,かじもと,かわぐち,つきじ,こじょう,さかい,さかいだ,せきぐち,たちばな,たや,たんじ,つつい,なら,のなか,はっとり,ひだか,ひろの,ふじい,ほんごう,もんない,よしだ,わたなべ,
じっけん（２７めい）
あおき,あきば,おがわ,おざわ,ぐんじ,さかい,さかぐち,さかもと,しがき,しもむら,すぎうら,すぎたて,せきはた,たなか,とどろき,なかごみ,ながしま,にいだ,のなか,はまがき,ほしの,ほそかわ,みつか,むらかみ,やの,やまぐち,わたなべ,