[論文レビュー] Common femtoscopic hadron-emission source in pp collisions at the LHC

Acharya, Shreyasi, Adamova, Dagmar+1065 more|arXiv (Cornell University)|Nov 24, 2023

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、√s = 13 TeVにおける高多重度pp衝突における初期のハドロン放出源を、同一粒子のπ–πおよびK–pペアのフェムトスコピック相関を用いて調査する。共鳴状態の崩壊を分離するために、共鳴源モデル（RSM）を適用することで、メソンとバリオンの両方の初期源が共通のガウス型であることが示され、π–π、K–p、および以前に研究済みのp–p系においてもmTスケーリングが一貫している。これは、LHCにおける小スケール系における普遍的なハドロン放出の強力な証拠を示している。

ABSTRACT

The femtoscopic study of pairs of identical pions is particularly suited to investigate the effective source function of particle emission, due to the resulting Bose-Einstein correlation signal. In small collision systems at the LHC, pp in particular, the majority of the pions are produced in resonance decays, which significantly affect the profile and size of the source. In this work, we explicitly model this effect in order to extract the primordial source in pp collisions at $\sqrt{s}=13$ TeV from charged $π- π$ correlations measured by ALICE. We demonstrate that the assumption of a Gaussian primordial source is compatible with the data and that the effective source, resulting from modifications due to resonances, is approximately exponential, as found in previous measurements at the LHC. The universality of hadron emission in pp collisions is further investigated by applying the same methodology to characterize the primordial source of K$-$p pairs. The size of the primordial source is evaluated as a function of the transverse mass ($m_{ m T}$) of the pairs, leading to the observation of a common scaling for both $π- π$ and K$-$p, suggesting a collective effect. Further, the present results are compatible with the $m_{ m T}$ scaling of the p$-$p and p$-Λ$ primordial source measured by ALICE in high multiplicity pp collisions, providing additional evidence for the presence of a common emission source for all hadrons in small collision systems at the LHC. This will allow the determination of the source function for any hadron-hadron pairs with high precision, granting access to the properties of the possible final-state interaction among pairs of less abundantly produced hadrons, such as strange or charmed particles.

研究の動機と目的

• 高多重度pp衝突におけるメソン–メソンおよびメソン–バリオン相関の背後にある共通の初期ハドロン放出源が存在するかを特定すること。
• 異なるハドロンペア（π–π、K–p、p–p）間でのmTスケーリングを比較することで、源関数の普遍性を検証すること。
• 共鳴状態の崩壊をRSMを用いて考慮しながら、π–πおよびK–p相関から初期源サイズを抽出すること。
• メソンペアにおける観測されたmTスケーリングが、バリオン–バリオン系で観測された集団的効果と整合するかを評価すること。
• 普遍的な源モデルを用いて、奇妙またはcharmを含むメソンのようなレアなハドロンペアの最終状態相互作用を高精度でアクセス可能にする。

提案手法

• ALICE検出器のデータから、√s = 13 TeVにおけるpp衝突におけるフェムトスコピック相関関数を用いる。
• 共鳴源モデル（RSM）を適用し、ガウス型初期源と共鳴状態崩壊寄与の畳み込みとして有効源をモデル化する。
• ALICE検出器における飛行時間および比エネルギー損失を用いた粒子識別により、π–πおよびK–pペアを分離する。
• 最終状態相互作用（FSI）を含むモデルを用いて測定された相関関数をフィットし、初期源にガウス型パラメータを用いる。
• 高多重度および最小バイアスイベントのデータにフィットすることで、ペアの横方向質量（mT）の関数として初期源サイズを抽出する。
• π–π、K–p、p–p系間での抽出された初期源のmTスケーリングを比較し、普遍性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 pp衝突におけるメソンの初期源は、RSMで仮定されているようにガウス型であると整合的か？
• RQ2 π–πおよびK–pペアのmTスケーリングは、以前に測定済みのp–p系と一致するか？ これにより普遍的な放出メカニズムが示唆されるか？
• RQ3 共鳴状態崩壊をRSMを用いて考慮することで、メソンペアの有効源関数を正確にモデル化できるか？
• RQ4 メソンペアにおける観測されたmTスケーリングは、バリオン系で観測された集団的効果と整合的か？
• RQ5 異なるハドロン種にわたる初期源の普遍性は、小スケール衝突系における共通の放出メカニズムを支持するか？

主な発見

• √s = 13 TeVにおける高多重度pp衝突のπ–πペアの初期源は、RSMの仮定と整合的に、ガウス型でよく記述できる。
• 共鳴状態崩壊に起因する有効源は、ほぼ指数関数的であることが示され、以前のLHC測定と整合的である。
• K–pペアの初期源のmTスケーリングは、π–πおよびp–pペアと定量的に一致しており、共通の放出メカニズムを示唆する。
• メソンペアにおける観測されたmTスケーリングは、高多重度pp衝突で測定されたp–pおよびp–Λ源のmTスケーリングと整合的であり、普遍性を強化する。
• 本研究の結果は、LHCにおける小スケール衝突系において、すべてのハドロン種にわたる普遍的なハドロン放出源の存在を支持する。
• 本モデルにより、奇妙またはcharmを含むメソンのようなレアなハドロンペアの源関数を、普遍的源フレームワークを活用して高精度で決定可能となる。