[論文レビュー] Hadronic resonances in heavy-ion collisions at ALICE (Strangeness in Quark Matter 2013)

A. G. Knospe|arXiv (Cornell University)|Sep 12, 2013

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 16被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、ALICE検出器のデータを用いて、√sNN = 2.76 TeV の Pb–Pb 衝突において K*(892)⁰ および ϕ(1020) 共鳴状態を測定し、重イオン衝突のハドロン相の性質を調べる。共鳴生成物の測定、抑制パターンの分析、理論的モデルとの比較により、ハドロン相の寿命に下限値 1.5 fm/c を推定した。これらの共鳴状態に質量シフトや幅の拡張の兆候は認められなかった。

ABSTRACT

Properties of the hadronic phase of high-energy heavy-ion collisions can be studied by measuring the ratios of hadronic resonance yields to the yields of longer-lived particles. These ratios can be used to study the strength of re-scattering effects, the chemical freeze-out temperature, and the lifetime between chemical and kinetic freeze-out. The restoration of chiral symmetry during the early hadronic phase or near the phase transition may lead to shifts in the masses and increases in the widths of hadronic resonances. The ALICE collaboration has measured the spectra, masses, and widths of the K*(892)0 and phi(1020) resonances in Pb-Pb collisions at 2.76 TeV. These results, including RAA and the ratios of the integrated resonance yields to stable hadron yields, are presented and compared to results from other collision systems and to theoretical predictions.

研究の動機と目的

• 重イオン衝突で生成される高温・高密度のハドロン状態におけるハドロン共鳴状態の性質を調査し、ハドロン相を調べること。
• 相転移付近でのスピン対称性の回復が、共鳴状態の質量や幅に観測可能なシフトをもたらすかどうかを特定すること。
• 共鳴状態から安定したハドロンへの生成物比率を測定することで、ハドロン相における再散乱および再生効果を定量化すること。
• 測定された K*(892)⁰/K⁻ 確率比と理論的モデルを用いて、ハドロン相の寿命の下限値を推定すること。
• RAA を用いた共鳴状態の抑制の pT 依存性を調べ、ブレスト・ウェーブモデルの予測と比較すること。

提案手法

• ALICE の ITS、TPC、VZERO 検出器を用いて、K*(892)⁰ → π⁻K⁺ および ϕ(1020) → K⁻K⁺ の崩壊を再構築する。
• 2σ カットを用いた TPC dE/dx の粒子識別を適用し、パイオンおよびカリウム候補を選別する。
• 組み合わせ的背景はイベントミキシングを用いて推定し、不変質量再構築により共鳴信号を抽出する。
• 検出器効果および効率補正のために、GEANT3 でシミュレートされた Pb–Pb イベントを用い、質量分布にブレイト＝ウィグナー関数（K*⁰）およびボイチアン関数（ϕ）をフィットする。
• 効率 × 受け入れ率補正を実施し、2σ カットの追加 PID 効率補正（91%）を適用する。
• Lévy-Tsallis（K*⁰）およびボルツマン＝ギブス・ブレスト・ウェーブ（ϕ）関数を用いてスペクトルを外挿し、測定範囲外の pT 範囲を拡張する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √sNN = 2.76 TeV の Pb–Pb 衝突におけるハドロン相は、共鳴生成物に再散乱または再生効果を及ぼすか？
• RQ2 K*(892)⁰ および ϕ(1020) 共鳴状態の質量および幅は、スピン対称性の回復により真空中の値と比べてシフトまたは拡張しているか？
• RQ3 理論的モデルと測定された K*(892)⁰/K⁻ 確率比を用いて、ハドロン相の寿命の下限値は何か？
• RQ4 K*(892)⁰ および ϕ(1020) の抑制は、横運動量および衝突の中心度にどのように依存するか？RAA を用いて定量的に評価する。
• RQ5 ϕ(1020) の RAA は、低 pT ではバリオン的抑制パターンに従い、高 pT ではメソン的抑制パターンと比較してどのように振る舞うか？

主な発見

• K*(892)⁰ および ϕ(1020) の不変質量および幅は、真空中の値と一致しており、質量シフトや幅の拡張の兆候は認められなかった。
• 中心度が高い衝突において K*(892)⁰/K⁻ 確率比が低下し、高密度のハドロン状態における再散乱効果が強化されていることが示された。
• ϕ(1020)/K⁻ 確率比は衝突の中心度に依存せず、この共鳴状態に対する再散乱効果は最小限であると示唆された。
• 測定された K*(892)⁰/K⁻ 確率比 0.19 ± 0.05 を理論的モデルと比較したところ、ハドロン相の寿命に下限値 1.5 fm/c が得られた。
• K*(892)⁰ スペクトルは、再散乱がないと仮定したブレスト・ウェーブモデルの予測に対して、pT < 3 GeV/c の範囲で約 0.6 倍に抑制された。
• φ(1020) の RAA は、外縁衝突では 1 と一致しており、低 pT ではバリオン（p, Ξ）の RAA 動向に従い、高 pT ではメソンとバリオンの間の中間的な傾向を示した。