[論文レビュー] Comparison of the total charged particle multiplicity in high-energy heavy ion collisions with e+ e- and p p / anti-p p data

B. B. Back, W. Kucewicz+66 more|arXiv (Cornell University)|Jan 29, 2003

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 1被引用数 18

ひとこと要約

本研究では、高エネルギー重イオン衝突（Au+Au、√sNN = 19.6–200 GeV）における荷電粒子多重度をe⁺e⁻およびpp/p̄pデータと比較した。20 GeVを超える領域では、参加核子対あたりの多重度が√sと普遍的にスケーリングすることが判明し、エネルギー駆動型の粒子生成と整合的である。また、参加核子数にほぼ依存しないことも示され、pp/p̄pデータではなくe⁺e⁻に類似した多重度に支配される普遍的スケーリングが支持される。

ABSTRACT

The PHOBOS experiment at RHIC has measured the total multiplicity of primary charged particles as a function of collision centrality in Au+Au collisions at sqrt(s_NN) = 19.6, 130 and 200 GeV. Above sqrt(s_NN) ~ 20 GeV, the total multiplicity per participating nucleon pair ( / ) in central events scales with sqrt(s) in the same way as in e+e- data. This is suggestive of a universal mechanism of particle production in strongly-interacting systems, controlled mainly by the amount of energy available for particle production (per participant pair for heavy ion collisions). The same effect has been observed in pp/pbar-p data after correcting for the energy taken away by leading particles. An approximate independence of / on the number of participating nucleons is also observed, reminiscent of ``wounded nucleon'' scaling ( proportional to ), but with the constant of proportionality set by the multiplicity measured in e+e- data rather than by pp/pbar-p data.

研究の動機と目的

• 高エネルギー重イオン衝突における粒子生成が、e⁺e⁻およびpp/p̄p系で観測された普遍的スケーリング則に従うかどうかを調査すること。
• 中心的Au+Au衝突における参加核子対あたりの全荷電粒子多重度が、中心系エネルギー√sとどのようにスケーリングするかを、e⁺e⁻データと整合的かどうかを特定すること。
• 多重度スケーリングが参加核子数に依存するかどうかを検討し、『被傷害核子』モデルの妥当性を検証すること。
• 普遍的スケーリングの文脈において、重イオン衝突の多重度がe⁺e⁻データかpp/p̄pデータによってよりよく記述されるかを検討すること。

提案手法

• RHICのPHOBOS検出器を用いて、√sNN = 19.6、130、200 GeVのAu+Au衝突における全荷電粒子多重度を測定した。
• 幾何的効果を最小限に抑えるために、中心的衝突に注目して多重度を衝突の中心度関数として分析した。
• 参加核子対あたりの多重度（⟨dNch/dη⟩ / Npart/2）を、e⁺e⁻およびpp/p̄p衝突の対応する値と比較した。
• pp/p̄pデータに対して、先頭粒子が運ぶエネルギーを補正することで、重イオン系との公平な比較を可能にした。
• 多重度が√sおよび参加核子数（Npart）にどのように依存するかを検討することで、スケーリング挙動をテストした。
• 『被傷害核子』スケーリング（Npartに比例）か、それともe⁺e⁻に類似した多重度に従うかを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中心的Au+Au衝突における参加核子対あたりの全荷電粒子多重度は、√s ~ 20 GeVを超える領域で、e⁺e⁻衝突と同様に√sにスケーリングするか？
• RQ2 先頭粒子を補正したpp/p̄p衝突における多重度は、重イオン衝突における多重度とどのように比較されるか？
• RQ3 重イオン衝突における多重度は、『被傷害核子』モデルが示すように参加核子数（Npart）に比例するスケーリングでよりよく記述されるか？
• RQ4 普遍的粒子生成の文脈において、多重度スケーリングの比例定数はe⁺e⁻データかpp/p̄pデータに依存するか？

主な発見

• √sNN ~ 20 GeVを超える領域では、中心的Au+Au衝突における参加核子対あたりの全荷電粒子多重度が、e⁺e⁻衝突と同様に√sにスケーリングする。
• 先頭粒子を補正した後、pp/p̄p衝突における多重度も同様に√sスケーリングを示し、普遍的な粒子生成メカニズムを支持する。
• 参加核子対あたりの多重度は、参加核子数（Npart）にほぼ依存しないことが示され、厳密な『被傷害核子』スケーリングからの逸脱を示している。
• 観測されたスケーリングは、pp/p̄pデータの多重度ではなく、e⁺e⁻データの多重度によってよりよく記述され、高エネルギー領域でe⁺e⁻に類似したダイナミクスが支配的であることを示唆している。
• データは、重イオン衝突における粒子生成が、参加核子対あたりの利用可能なエネルギーに主に支配される普遍的メカニズムであることを支持している。
• 結果から、強い相互作用系における粒子生成が、エネルギーの可用性によって普遍的に制御され得ることを示唆しており、e⁺e⁻データが基準スケールを提供している。