[論文レビュー] Enhancement of the dielectron continuum in sqrt{s_NN} = 200 GeV Au+Au collisions

PHENIX Collaboration, S. Afanasiev|ArXiv.org|Jun 20, 2007

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 32

ひとこと要約

本研究では、√sNN = 200 GeVにおけるAu+Au衝突において、150–750 MeV/c²の質量領域で電子対連続スペクトルの顕著な増幅が報告されている。これはハドロン混合モデルの予測をはるかに上回り、7.7倍の増加を示している。増幅はNpartに比べてより速やかに増加するため、ππまたはq̄q消失といった中間媒体効果が関与している可能性がある。一方、1.2–2.8 GeV/c²の範囲では、charm中間子の崩壊はPYTHIAの予測と整合的である。

ABSTRACT

The PHENIX experiment has measured the dielectron continuum in sqrt{s_NN} = 200 GeV Au+Au collisions. In minimum bias collisions the dielectron yield in the mass range between 150 and 750 MeV/c^2 is enhanced by a factor of 3.4 +/- 0.2(stat.) +/- 1.3(syst.) +/- 0.7(model) compared to the expectation from our model of hadron decays. The integrated yield increases faster with the centrality of the collisions than the number of participating nucleons, suggesting emission from scattering processes in the hot and dense medium. The continuum yield between the masses of the phi and the J/psi mesons is consistent with expectations from correlated c-cbar production, though other mechanisms are not ruled out.

研究の動機と目的

• √sNN = 200 GeVにおける重イオン衝突で観測された電子対連続スペクトル増幅の原因を調査すること。
• 150–750 MeV/c²の質量領域における増幅が、ハドロン過程の媒体中での修正に起因するかどうかを特定すること。
• 電子対生成断面積の中心性依存性を分析し、熱的放射、媒体修正崩壊、および相関したc̄c生成を区別すること。
• 1.2–2.8 GeV/c²の範囲で、charm中間子崩壊寄与がPYTHIAベースの予測と整合的であるかどうかを検証すること。
• 観測されたNpartまたはNcoll依存性が、真空中のハドロン崩壊をはるかに超える新しい物理現象を示唆しているかどうかを評価すること。

提案手法

• RHICのPHENIX検出器を用いて、√sNN = 200 GeVにおけるAu+Au衝突で電子対の不変質量スペクトルを測定した。
• ω、φ、J/ψおよびπの中間子の崩壊を含むハドロン混合モデルと比較し、期待される連続スペクトル生成断面積を推定した。
• 150–750 MeV/c²ではNpart/2で正規化した電子対生成断面積、1.2–2.8 GeV/c²ではNcollで正規化した断面積の中心性依存性を解析し、媒体効果を調査した。
• PYTHIAシミュレーションを用いて、相関したc̄c生成とcharm中間子崩壊からの寄与をモデル化した。
• 統計誤差、系誤差、およびモデル依存性（例：charm生成断面積）を考慮した、生成断面積比較における不確実性を定量化した。
• c̄c相関のランダム化がデータを説明できるかどうかを評価し、熱的放射寄与への影響を検討した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √sNN = 200 GeVにおけるAu+Au衝突で観測された、150–750 MeV/c²の電子対連続スペクトル増幅の原因は何か？
• RQ2 電子対生成断面積の中心性依存性はNpartまたはNcollに比例するか？この依存性は生成メカニズムに何を示唆するか？
• RQ3 1.2–2.8 GeV/c²の範囲で観測された電子対生成断面積は、charm中間子崩壊に起因する相関したc̄c生成でどの程度説明可能か？
• RQ4 ππまたはq̄q消失といったハドロン過程の中間媒体効果が、150–750 MeV/c²領域の増幅を説明できるか？
• RQ5 熱的放射やその他の媒体誘起寄与が、生成断面積のスケーリングと増幅を説明する根拠があるか？

主な発見

• 150–750 MeV/c²の質量領域における電子対生成断面積は、ハドロン混合モデルの予測を3.4 ± 0.2（統計）± 1.3（系誤差）± 0.7（モデル誤差）の割合で上回っている。
• 増幅は中心性に伴い増加し、最も中心的な衝突では7.7 ± 0.6（統計）± 2.5（系誤差）± 1.5（モデル誤差）に達しており、Npartに非線形的に依存していることが示唆される。
• 1.2–2.8 GeV/c²の範囲でNcollで正規化した生成断面積には顕著な中心性依存性がなく、charm中間子崩壊のPYTHIAベースの予測と整合的である。
• φ中間子質量を超える領域のデータは、PYTHIAに基づく連続スペクトル計算でよく説明されており、c̄c相関が媒体によって大きく変化していないことを示唆している。
• c̄c相関が完全にランダム化されていると仮定すると、質量スペクトルがやや緩やかになり、データに一致させるには熱的放射などの追加寄与が必要となる。
• 150–750 MeV/c²領域におけるNpart依存性は、単純なハドロン混合モデルとは整合せず、ππまたはq̄q消失といった中間媒体過程がその原因である可能性を示唆している。