[論文レビュー] Hadrons from Coalescence plus Fragmentation in AA collisions from RHIC to LHC energy

Vincenzo Minissale, Francesco Scardina+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 22, 2015

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、当初RHICエネルギー向けに開発された共析＋断片化モデルを、LHCエネルギーまで拡張し、hadronの$p_T$スペクトルおよびバリオン対ミソン比を記述する。モンテカルロ手法を用い、半径方向の流れ、3次元幾何構造、および共鳴子の崩壊を組み込むことで、共析化パラメータを再調整せずに、$\pi$、$K$、$p$、$\bar{p}$、$\Lambda$、$\phi$の$p_T$スペクトルを10 GeVまで成功裏に予測した。実験データと良好な一致を示したが、$p_T \sim 6$ GeVにおけるバリオンの生成断面積はわずかに低く予測された。

ABSTRACT

In a coalescence plus independent fragmentation approach we calculate the $p_T$ spectra of the main hadrons: $π, K, p, \bar p, Λ, ϕ$ in a wide range of transverse momentum from low $p_T$ up to about 10 GeV. The approach in its main features was developed several years ago at RHIC energy. Augmenting the model with the inclusion of some more main resonance decays, we show that the approach correctly predicts the evolution of the $p_T$ spectra from RHIC to LHC energy and in particular the baryon-to-meson ratios $p/π,\bar p/π,Λ/K$ that reach a value of the order of unit at $p_T \sim 3\, m GeV$. This is achieved without any change of the coalescence parameters. The more recent availability of experimental data up to $p_T \sim 10 m\, GeV$ for $Λ$ spectrum as well as for $p/π$ and $Λ/K$ shows some lack of yield in a limited $p_T$ range around 6 GeV. This indicates that the baryons $p_T$ spectra from AKK fragmentation functions are too flat at $p_T\lesssim 8 \, m GeV$. We also show that in a coalescence plus fragmentation approach one predicts a nearly $p_T$ independent $p/ϕ$ ratio up to $p_T \sim 4 m\, GeV$ followed by a significant decrease at higher $p_T$. Such a behavior is driven by a similar radial flow effect at $p_T< 2 \, m GeV$ and the dominance of fragmentation for $ϕ$ at larger $p_T$.

研究の動機と目的

• 共析＋断片化モデルが、RHICで成功したが、LHCエネルギーでもhadronの$p_T$スペクトルおよびバリオン対ミソン比を記述できるかどうかを検証すること。
• 10 GeVまで新しい実験データが得られている高$p_T$領域において、モデルの予測が有効であるかどうかを調査すること。
• 半径方向の流れおよび共鳴子崩壊が、エネルギーにわたる$p_T$スペクトルおよび比に与える影響を評価すること。
• 特に中間$p_T$領域におけるバリオンの断片化部の限界を特定すること。

提案手法

• モデルは、クォークの共析化によるハドロン生成をモンテカルロ手法でシミュレートし、パートオン相空間における3次元空間的幾何構造および半径方向の流れ相関を組み込む。
• 低$p_T$領域では、温度T ≈ 160 MeVの指数分布と半径方向の流れを、高$p_T$領域ではジェット遮断によるパワーロー分布を用いてパートオンスペクトルをモデル化する。
• 共鳴子崩壊を含め、特に低$p_T$領域でのフィードダウン寄与を考慮する。
• 断片化部は、独立した断片化関数（例：AKK）を用い、高$p_T$領域のパートオンのハドロン化を記述する。
• 共析化パラメータ$\Delta_p$（ミソンおよびバリオン用）は、RHICからLHCにかけて固定したままにし、再フィッティングなしに真の予測を可能にした。
• モデルは、$\sqrt{s} = 2.76$ ATeVのPb+Pbおよび$\sqrt{s} = 200$ AGeVのAu+Auに適用し、実験データと比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 RHICでキャリブレーションされた共析＋断片化モデルが、LHCエネルギーで$\pi$、$K$、$p$、$\bar{p}$、$\Lambda$、$\phi$の$p_T$スペクトルを再調整なしに定量的に予測できるか。
• RQ2 モデルが、$p_T \sim 10$ GeVまで$p/\pi$および$\Lambda/K$のバリオン対ミソン比を正しく記述できるか、特に$p_T \sim 3$ GeV付近のピークを再現できるか。
• RQ3 LHCにおいて$p_T \sim 6$ GeVでバリオン生成断面積にわずかな不足が生じる理由は何か。これは独立した断片化アプローチの限界を示唆しているか。
• RQ4 半径方向の流れが、低$p_T$領域での$p_T$に依存しない$p/\phi$比と、高$p_T$領域でのその急激な低下に与える影響は何か。
• RQ5 モデルがLHCで成功したという事実は、クォーク共析化がエネルギーにわたって支配的なハドロン化メカニズムであるという仮定をどの程度支持するか。

主な発見

• 共析化パラメータの調整なしに、LHCエネルギー下での$\pi$、$K$、$p$、$\bar{p}$、$\Lambda$、$\phi$の$p_T$スペクトルが、低$p_T$から10 GeVまで成功裏に予測された。
• バリオン対ミソン比$p/\pi$、$\bar{p}/\pi$、$\Lambda/K$は、$p_T \sim 3$ GeVでユニットオーダーの値を示し、実験データと良好に一致した。
• $p/\phi$比は、$p_T \sim 4$ GeVまでほぼ$p_T$に依存せず、その後急激に低下した。これは低$p_T$領域での半径方向の流れと、高$p_T$領域での$\phi$の断片化優位性に起因する。
• $p_T \sim 6$ GeV付近でバリオン生成断面積の不足が観測された。これは、AKK断片化関数がバリオンに対してスペクトルがやや硬くなりすぎていることを示唆している。
• モデルがLHCで成功したことは、半径方向の流れおよびクォーク共析化がハドロンスペクトルを形作る上で重要な役割を果たしており、RHICで観測されたバリオン強調および$v_2$パターンを説明できることを支持する。
• 結果から、$p_T \sim 6$ GeVでの生成断面積不足を解消するためには、物質中での断片化効果の導入が不可欠であり、最近のシャワー再結合モデルとも整合的であると示唆された。