【論文解説】【ATLAS新発見】酸素vsネオン衝突で露わになった原子核の“形”と流れの秘密

この科学論文は、**CERNのATLAS検出器**が2025年に実施した、**酸素原子核と酸素原子核、およびネオン原子核とネオン原子核の衝突**における荷電粒子の**方位角異方性**を測定したものです。研究者たちは、**クォークグルーオンプラズマ**のような極めて高温高密度の核物質の状態を理解するために、**集団的流れ**の特性を調査しました。この研究では、**2粒子相関法と4粒子キュムラント法**という2つの異なる分析手法を用いて、**核の初期形状や流体力学的応答**を明らかにし、**核構造モデル**に新たな制約を与えることを目指しています。特に、ネオン原子核の変形した形状が**楕円流（v2）**に与える影響が注目されています。全体として、この論文は**軽イオン衝突における集団的挙動**に関する**詳細な測定結果とその理論モデルとの比較**を提供しています。
Measurement of the azimuthal anisotropy of charged particles in $\sqrt{s_{\mathrm{NN}}}=5.36$ TeV $^{16}$O$+^{16}$O and $^{20}$Ne$+^{20}$Ne collisions with the ATLAS detector
This paper presents the first measurements of the azimuthal anisotropy coefficients $v_{n}$, which quantify the $n^{\mathrm{th}}$-order Fourier modulation of charged-particle azimuthal distributions, for $n=2$-4 in $\sqrt{s_{\mathrm{NN}}}=5.36$ TeV $\mathrm{^{16}O}+\mathrm{^{16}O}$ and $\mathrm{^{20}Ne}+\mathrm{^{20}Ne}$ collisions recorded with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider in 2025. The $v_{n}$ coefficients are measured as a function of transverse momentum ($p_{\mathrm{T}}$), collision centrality, and event multiplicity. They are extracted using two complementary methods: two-particle correlations with a template-fit subtraction of short-range non-flow contributions, and four-particle subevent cumulants, which intrinsically suppress non-flow effects and provide sensitivity to flow fluctuations. The results show a clear hierarchy $v_{2} ＞ v_{3} ＞ v_{4}$ and a non-monotonic dependence on $p_{\mathrm{T}}$, reaching a maximum around 2 GeV, consistent with trends observed in heavy-ion collisions. Detailed comparisons between the two collision systems reveal an enhanced $v_{2}$ in central $\mathrm{^{20}Ne}+\mathrm{^{20}Ne}$ collisions, consistent with theory expectations based on the predicted prolate deformation of neon nuclei, in contrast to the slightly tetrahedral structure predicted for oxygen. The four-particle cumulant results highlight strong event-by-event fluctuations and provide the greatest sensitivity to nuclear shape effects. These measurements can place new constraints on the initial geometry and the hydrodynamic response in light-ion collisions, offering valuable input for models of nuclear structure.
ATLAS Collaboration
http://arxiv.org/abs/2509.05171v1
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