근측면 능선(ridge) 구조는 상대론중이온충돌기(Relativistic Heavy Ion Collider, RHIC)에서의 AuAu 충돌과 대형강입자충돌기(Large Hadron Collider, LHC)에서의 PbPb 충돌과 같은 중이온 충돌에서 장거리 두 입자 상관관계(long-range two-particle correlations)에서 관측된 바 있다. 유체역학 모델은 중이온 충돌에서 능선 구조를 성공적으로 설명하였으며, 이는 쿼크-글루온 플라즈마(Quark-Gluon Plasma, QGP)의 존재를 시사한다. 흥미롭게도, LHC 실험에서 소규모(small) 시스템으로 분류되는 고다중도(higher-multiplicity) 양성자-양성자 및 양성자-납 충돌에서도 유사한 능선 구조가 검출되었다. 소규모 시스템은 QGP를 생성하기에는 불충분하다고 여겨져 왔기 때문에, 중이온 충돌을 위해 개발된 이론의 소규모 시스템에 대한 적용 가능성은 여전히 논쟁적이다. 소규모 시스템에서는 운동학적(kinematic) 효과가 더 큰 역할을 한다고 가정하면, Momentum-Kick Model(MKM)이 만족스러운 설명을 제공할 수 있을 것으로 기대된다. 이 모델은 제트 입자(jet particles)가 제트 방향을 따라 매질의 입자들을 걷어차고(rearrange) 재배열함으로써, 디하드론(dihadron) $\Delta \eta -\Delta \varphi$ 상관관계에서의 장거리 및 근측면 능선 구조를 해명한다. 본 연구에서는 MKM을 적용하여 LHC에서 13 TeV 및 7 TeV의 고다중도 양성자-양성자 충돌을 모멘텀(momentum) 범위의 여러 구간에 대해 설명하고자 한다. 또한 다중도 의존성을 모델에 도입하여 다양한 다중도 범위에서의 13 TeV 데이터를 설명한다. 우리는 MKM이 양성자-양성자 충돌에서 관측되는 근측면 능선 구조를 효과적으로 설명함을 결론짓는다. LHC는 Run 3에 진입하여 Run 2보다 더 높은 중심질량에너지와 향상된 루미노시티를 달성하였다. 우리는 14 TeV에서의 pp 충돌에 대한 $\Delta \varphi$ 상관 예측을 제시하고, 향후 연구를 위한 MKM의 가능한 확장 방향을 제안한다.

두-입자 상관에서 나타나는 장거리 근측 리지(near-side ridge) 현상은 고에너지 중이온 충돌 이후의 파톤(parton) 운동을 이해하는 데 핵심적이다. 중이온 충돌에서 이는 쿼크-글루온 플라즈마(QGP)의 유체역학적 흐름 효과로 잘 설명되어 왔지만, 최근 소형 시스템에서 리지 구조가 관측되면서, 소형 시스템에서의 충돌만으로는 QGP 물질이 필요로 하는 매질을 형성하기에 충분하지 않을 수 있다는 점에서 이 현상을 설명하기 위한 유체역학 모델의 적용 가능성에 대한 논쟁이 제기되었다. 반면 운동량 킥 모델(Momentum Kick Model, MKM)은 운동학적 과정으로 장거리 근측 리지 현상을 설명한다. 즉 고운동량 제트 입자들이 매질 내 파톤들과 충돌하여 그들의 운동량을 매질 파톤들에게 전달하고(이를 ``kick'' 과정이라 한다) 킥을 받은 파톤들의 집단적 운동을 유도함으로써 리지 현상이 발생한다. 이 MKM은 RHIC에서 중이온 충돌에서의 리지 구조를 성공적으로 기술해 왔다. 또한 소형 시스템에서의 리지 현상은 고다중도(high-multiplicity) 사건에서 두드러지므로, 킥을 받은 파톤 수와 임팩트 파라미터를 통한 다중도 간의 관계를 이용하여 LHC에서 $pp$ 충돌에 대해 다중도 의존성을 갖는 MKM(MKMwM)이 연구되었다. 본 연구에서는 보다 최근의 실험 데이터에 기반한 매개변수로 기존 연구를 확장하고, LHC에서 $p_T$ 및 $\Delta \Phi$ 빈(bin)을 사용하여 다중도 범위가 더 넓은 새로운 측정치에 이를 적용한다. 동시에 본 연구는 새로운 측정치로부터 리지 거동에 대한 이론적 근거를 제공할 뿐 아니라, 향후 Run 3 실험에서 LHC가 예정한 에너지에서의 리지 구조를 예측한다.

근측면 능선(ridge) 구조는 상대론중이온충돌기(Relativistic Heavy Ion Collider, RHIC)에서의 AuAu 충돌과 대형강입자충돌기(Large Hadron Collider, LHC)에서의 PbPb 충돌과 같은 중이온 충돌에서 장거리 두 입자 상관관계(long-range two-particle correlations)에서 관측된 바 있다. 유체역학 모델은 중이온 충돌에서 능선 구조를 성공적으로 설명하였으며, 이는 쿼크-글루온 플라즈마(Quark-Gluon Plasma, QGP)의 존재를 시사한다. 흥미롭게도, LHC 실험에서 소규모(small) 시스템으로 분류되는 고다중도(higher-multiplicity) 양성자-양성자 및 양성자-납 충돌에서도 유사한 능선 구조가 검출되었다. 소규모 시스템은 QGP를 생성하기에는 불충분하다고 여겨져 왔기 때문에, 중이온 충돌을 위해 개발된 이론의 소규모 시스템에 대한 적용 가능성은 여전히 논쟁적이다. 소규모 시스템에서는 운동학적(kinematic) 효과가 더 큰 역할을 한다고 가정하면, Momentum-Kick Model(MKM)이 만족스러운 설명을 제공할 수 있을 것으로 기대된다. 이 모델은 제트 입자(jet particles)가 제트 방향을 따라 매질의 입자들을 걷어차고(rearrange) 재배열함으로써, 디하드론(dihadron) $\Delta \eta -\Delta \varphi$ 상관관계에서의 장거리 및 근측면 능선 구조를 해명한다. 본 연구에서는 MKM을 적용하여 LHC에서 13 TeV 및 7 TeV의 고다중도 양성자-양성자 충돌을 모멘텀(momentum) 범위의 여러 구간에 대해 설명하고자 한다. 또한 다중도 의존성을 모델에 도입하여 다양한 다중도 범위에서의 13 TeV 데이터를 설명한다. 우리는 MKM이 양성자-양성자 충돌에서 관측되는 근측면 능선 구조를 효과적으로 설명함을 결론짓는다. LHC는 Run 3에 진입하여 Run 2보다 더 높은 중심질량에너지와 향상된 루미노시티를 달성하였다. 우리는 14 TeV에서의 pp 충돌에 대한 $\Delta \varphi$ 상관 예측을 제시하고, 향후 연구를 위한 MKM의 가능한 확장 방향을 제안한다.

두-입자 상관에서 나타나는 장거리 근측 리지(near-side ridge) 현상은 고에너지 중이온 충돌 이후의 파톤(parton) 운동을 이해하는 데 핵심적이다. 중이온 충돌에서 이는 쿼크-글루온 플라즈마(QGP)의 유체역학적 흐름 효과로 잘 설명되어 왔지만, 최근 소형 시스템에서 리지 구조가 관측되면서, 소형 시스템에서의 충돌만으로는 QGP 물질이 필요로 하는 매질을 형성하기에 충분하지 않을 수 있다는 점에서 이 현상을 설명하기 위한 유체역학 모델의 적용 가능성에 대한 논쟁이 제기되었다. 반면 운동량 킥 모델(Momentum Kick Model, MKM)은 운동학적 과정으로 장거리 근측 리지 현상을 설명한다. 즉 고운동량 제트 입자들이 매질 내 파톤들과 충돌하여 그들의 운동량을 매질 파톤들에게 전달하고(이를 ``kick'' 과정이라 한다) 킥을 받은 파톤들의 집단적 운동을 유도함으로써 리지 현상이 발생한다. 이 MKM은 RHIC에서 중이온 충돌에서의 리지 구조를 성공적으로 기술해 왔다. 또한 소형 시스템에서의 리지 현상은 고다중도(high-multiplicity) 사건에서 두드러지므로, 킥을 받은 파톤 수와 임팩트 파라미터를 통한 다중도 간의 관계를 이용하여 LHC에서 $pp$ 충돌에 대해 다중도 의존성을 갖는 MKM(MKMwM)이 연구되었다. 본 연구에서는 보다 최근의 실험 데이터에 기반한 매개변수로 기존 연구를 확장하고, LHC에서 $p_T$ 및 $\Delta \Phi$ 빈(bin)을 사용하여 다중도 범위가 더 넓은 새로운 측정치에 이를 적용한다. 동시에 본 연구는 새로운 측정치로부터 리지 거동에 대한 이론적 근거를 제공할 뿐 아니라, 향후 Run 3 실험에서 LHC가 예정한 에너지에서의 리지 구조를 예측한다.

양성자-양성자 충돌에서 나타나는 이-입자 상관관계의 능선(ridge)-유사 구조는 고에너지 중이온 물리에서 가장 뜨거운 연구 주제 중 하나이다. pp 충돌의 스케일은 QGP라고 불리는 고온·고밀도 매질을 생성하기에는 충분히 크지 않으므로, 이는 핵-핵 충돌에서와 달리 수력학(hydrodynamics)으로는 적절히 이해될 수 없다. 한편, 제트 입자는 매질 내의 parton들과의 충돌을 통과하는 동안 상당한 에너지를 잃는다. 제트가 매질 parton들에 전달하는 운동량은 제트의 운동 방향을 따르며, 이는 능선과 같은 매질의 집단적 운동을 유발할 수 있다. 이러한 관점에서 모멘텀 킥(momentum kick) 모델은 다양한 에너지에서 핵-핵 및 pp 충돌에 적용되어 시험되었다. 이 모델의 타당성을 검증하기 위해 우리는 상관관측량(correlation observable)에 이 모델을 적용하고, 매질의 초기 parton 분포가 필요하다. 본 연구에서는 몇 가지 분포 함수를 채택하였다: Maxwell-Boltzmann(MB), Juttner-Synge(JS), 그리고 소프트 산란 모델로부터 얻은 현상학적 parton 분포함수(phPDs)와 하드 산란 모델로부터 얻은 현상학적 parton 분포함수(phPDh). 그러나 MB와 JS는 광범위한 준-정상성(pseudo-rapidity)에 걸친 parton 운동량 분포를 설명할 수 없으며, phPDs는 lightcone 변수 분포를 기술하지 못한다. 따라서 우리는 phPDh를 비교적 상세히 사용하기로 한다. 본 연구에서는 PYTHIA8로부터 얻은 sqrt{s_{NN}} = 2.76 \,\rm{TeV} 에서의 pp 충돌에 대한 모의 데이터에 적합(fitting)함으로써 모델 매개변수의 최적 값을 구한다. 우리는 횡운동량과 rapidity 분포뿐 아니라 lightcone 변수 분포도 비교한다. 이러한 설정을 사용하여 이-입자 상관관계를 계산하고 이를 실험 결과와 비교한다.

집단적 거동은 수십 년 동안 고에너지 중이온 충돌에서 관찰되어 왔다. 이러한 집단성은 이들 충돌에서 생성되는 높은 입자 다중도에 의해 촉진된다. CERN의 거대강입자충돌기(LHC)에서는 주변부 Pb-Pb 충돌과 견줄 만한 입자 다중도에 도달할 수 있는 고다중도 양성자-양성자(pp) 충돌에서도 집단성의 특징이 관측된 바 있다. 집단적 거동의 가능한 징후 중 하나는 고다중도 충돌에서 방출된 피온과 카온 쌍에서, 쌍의 횡방향 운동량(pair transverse momentum)이 증가함에 따라 동소(동역학적) 반지름(femtoscopic radii)이 감소하는 것이다. 이러한 감소는 근사적 횡질량 스케일링(approximate transverse mass scaling)으로 설명할 수 있다. 본 연구에서는 LHC의 $ $pp$ 충돌에서 $ \sqrt{s}$=13TeV$로 생성된 대전된 피온 및 카온 쌍에 대해 ALICE Collaboration이 동소 분석을 수행하여 $pp$ 충돌에서의 가능한 집단성을 연구한다. 횡방향 구면성(transverse sphericity)을 기반으로 한 사건 형상(event-shape) 분석 방법을 사용하여 구형 이벤트 대 제트형(jetlike) 이벤트를 선택하고, 이러한 선택이 대전된 피온 및 카온 쌍의 동소 반지름에 미치는 영향을 연구한다. 이러한 선택 방법이 대전된 카온 쌍에 적용된 것은 이번이 처음이다. 로렌츠 부스트에서의 피온과 카온 간 차이를 고려하면, 연구된 모든 다중도 범위에서 반지름의 근사적 횡질량 스케일링이 관찰된다. 이러한 관찰은 다중도가 높은 사건에서만 나타나야 하는, 뜨겁고 조밀한 물질의 집단적 팽창에 대한 가설을 지지하지 않는다. 본 결과에 대한 가능한 대안적 설명은, 연구된 다중도 범위에서 $pp$ 충돌 동안 피온과 카온이 공통 방출 조건을 갖는 시나리오에 기초할 수 있다.