[論文レビュー] An evidence of triple kinetic freezeout scenario observed in all centrality intervals in Cu-Cu, Au-Au and Pb-Pb collisions at high energies.

M. Waqas, Guang-Xiong Peng+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 20, 2021

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、Cu-Cu、Au-Au、Pb-Pb衝突における識別粒子の横運動量スペクトルを、Tsallis統計を用いたブレーストウェーブモデルで解析し、全中心性領域で三重の運動的freezeout状況が示された。主な発見は、多様な奇妙粒子と奇妙粒子が、反応断面積が小さいため、πおよびプロトンよりも高い温度でfreezeoutすることであり、freezeoutパラメータは質量に反比例し、系のサイズおよび衝突エネルギーに比例して増加する。

ABSTRACT

Transverse momentum spectra of $\pi^+$, $K^+$, $p$, $K^0_s$, $\Lambda$, $\Xi$ or $\bar\Xi^+$ and $\Omega$ or $\bar\Omega^+$ or $\Omega+\bar\Omega$ in Copper-Copper (Cu-Cu), Gold-Gold (Au-Au) and Lead-Lead (Pb-Pb) collisions at 200 GeV, 62.4 GeV and 2.76 TeV respectively, are analyzed in different centrality bins by the blast wave model with Tsallis statistics. The model results are approximately in agreement with the experimental data measured by BRAHMS, STAR and ALICE Collaborations in special transverse momentum ranges. Kinetic freeze out temperature, transverse flow velocity and kinetic freezeout volume are extracted from the transverse momentum spectra of the particles. It is observed that $\bar\Xi^+$ and $\Omega$ or $\bar\Omega^+$ or $\Omega+\bar\Omega$ have larger kinetic freezeout temperature followed by $K^+$, $K^0_s$ and $\Lambda$ than $\pi^+$ and $p$ due to smaller reaction cross-sections of multi-strange and strange particles than non-strange particles. The present work reveals the scenario of triple kinetic freezeout in collisions at BRAHMS, STAR and ALICE Collaborations, however the transverse flow velocity and kinetic freezeout volume are mass dependent and they decrease with the increasing rest mass of the particle. In addition, the kinetic freezeout temperature, transverse flow velocity and kinetic freezeout volume are decreasing from central to peripheral collisions while the parameter q increase from central to peripheral collisions, indicating the approach of quick equilibrium in the central collisions. Besides, the kinetic freezeout temperature and kinetic freezeout volume are observed to be larger in larger collision system which shows its dependence on the size of the interacting system, while transverse flow velocity increase with increasing energy.

研究の動機と目的

• 高エネルギー重イオン衝突における、異なる中心性領域における識別粒子の運動的freezeoutダイナミクスを調査すること。
• 異なる粒子種が別々の時期にfreezeoutする三重運動的freezeoutシナリオが、衝突系やエネルギーにかかわらず普遍的に適用可能かどうかを特定すること。
• 粒子の質量、奇妙量子数、系サイズに伴うfreezeoutパラメータ（温度、流れ速度、体積）の依存性を検討すること。
• 中心的から外側の衝突へと移行する際のfreezeoutパラメータの進化と、系の均衡度との関係を調査すること。

提案手法

• Cu-Cu、Au-Au、Pb-Pb衝突における $/pi^+$、$K^+$、$p$、$K^0_s$、$ar\theta^+$、$ar\theta^+$、$ar\theta^+$ または $ar\theta^+$ の横運動量スペクトルに、Tsallis統計を用いたブレーストウェーブモデルを適用する。
• 複数の中心性ビンにわたるフィットされたスペクトルから、運動的freezeout温度、横方向流れ速度、freezeout体積を抽出する。
• それぞれ $ s{200 GeV}$、$ s{62.4 GeV}$、$ s{2.76 TeV}$ における BRAHMS、STAR、ALICE共同研究の実験データを用いる。
• 異なる衝突系および中心性領域における粒子の質量および奇妙量子数に伴うfreezeoutパラメータの依存性を分析する。
• Tsallisパラメータ $q$ が系の均衡度をどのように示すかを調査し、特に中心的から外側の衝突へ移行する際の $q$ の増加傾向を検討する。
• 異なる衝突系におけるfreezeoutパラメータを比較し、系サイズ依存性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 多様な奇妙粒子および奇妙粒子は、全中心性領域において、非奇妙粒子と比較して異なる運動的freezeout温度を示すか？
• RQ2 運動的freezeout温度、横方向流れ速度、freezeout体積は、粒子の静止質量および奇妙量子数にどのように依存するか？
• RQ3 freezeoutパラメータは中心性に依存するか？その依存関係は系の均衡度にどのように反映されるか？
• RQ4 衝突系のサイズ（Cu-Cu 対比 Au-Au 対比 Pb-Pb）は運動的freezeoutパラメータにどのように影響するか？
• RQ5 Tsallisパラメータ $q$ は中心的から外側の衝突へ移行する際、増加するか？これは外側の衝突系でより速やかに均衡が達成されている傾向を示唆するか？

主な発見

• 多様な奇妙粒子（例：$ar\theta^+$ および $ar\theta^+$）は、反応断面積が小さいため、$ar\theta^+$、$K^0_s$、$ar\theta^+$ よりも高い運動的freezeout温度を示す。
• 運動的freezeout温度、横方向流れ速度、freezeout体積は、粒子の静止質量の増加に伴い減少し、明確な質量依存性が確認された。
• 中心的から外側の衝突へ移行するに従い、運動的freezeout温度および体積は減少するが、Tsallisパラメータ $q$ は増加する。これは、外側の衝突系でより速やかに系が均衡に達している傾向があることを示唆する。
• 大きな衝突系（例：Pb-Pb）は、小さな系（例：Cu-Cu）よりも高い運動的freezeout温度および体積を示し、系サイズ依存性が明確に確認された。
• 横方向流れ速度は衝突エネルギーの増加に伴い増加し、高エネルギー衝突ではより強い集団的拡張が生じていることを示している。
• Tsallis統計を用いたブレーストウェーブモデルは、全3つの衝突系において、異なる粒子種および中心性ビンの実験的横運動量スペクトルを良好に記述できた。