[論文レビュー] Higher order moments of net-charge and multiplicity distributions in p+p interactions at SPS energies from NA61/SHINE

M. Maćkowiak-Pawłowska|arXiv (Cornell University)|Oct 12, 2016

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、SPSエネルギー（20–158 GeV/c）におけるp+p衝突における、ネット電荷および負電荷粒子多重度の高次フラクチュエーションに関する予備結果を提示する。4次までのキュムラントを用いて、スケーリングとカーツォーシスがエネルギーに伴い上昇することを確認し、ポアソン統計を越える非自明な相関が存在することを示唆する。特に、カーツォーシスが80 GeV/cで1を超えることから、標準的な統計モデルに挑戦する結果となり、臨界現象への感受性が示唆される。

ABSTRACT

NA61/SHINE at the CERN SPS is a fixed-target experiment pursuing a rich physics program including measurements for heavy ion, neutrino and cosmic ray physics. The main goal of the ion program is to study the properties of the onset of deconfinement and to search for the signatures of the critical point. A specific property of the critical point, the increase in the correlation length, makes fluctuations its basic signal. Higher order moments of suitable observables are of special interest as they are more sensitive to the correlation length than typically studied second order moments. In this contribution preliminary results on higher order fluctuations of negatively charged hadron multiplicity and net-charge in p+p interactions are shown. The new data are compared with model predictions.

研究の動機と目的

• SPSエネルギーにおけるp+p衝突における、ネット電荷および負電荷粒子多重度分布の高次モーメント（歪度および尖度）を調査すること。
• これらの高次フラクチュエーションが、QCD物質における臨界点現象のプローブとして機能可能かどうかを検証すること。
• 実験結果を統計モデル（GCE、CE）および輸送モデル（EPOS 1.99）の予測と比較すること。
• 臨界点付近における相関長の増大に伴う、高次キュムラントの感受性を評価すること。
• 今後の相図研究のための、フラクチュエーションのエネルギー依存性に関する新規データを提供すること。

提案手法

• √sNN = 6.3–17.3 GeVにおけるp+p衝突で、負電荷粒子およびネット電荷（N+ − N−）多重度のイベントごとの分布を測定した。
• 4次までのキュムラント⟨N³⟩c、⟨N⁴⟩cを計算し、強度的指標として、スケーリング分散ω、歪度Sσ、尖度κσ²を導出した。
• 検出器効果、トリガーバイアス、トラック選択、弱い崩壊、二次反応の補正を、サブサンプル不確実性推定法を用いて行った。
• 統計的不確実性はサブサンプル法を用いて推定し、系統的不確実性は選択基準を変更することで評価した。
• グランドカノニカルアンサンブル（GCE）、カノニカルアンサンブル（CE）、およびEPOS 1.99輸送モデルの予測と結果を比較した。
• 共鳴崩壊の影響を最小限に抑えるために、ネット電荷を正電荷粒子多重度と負電荷粒子多重度の差として定義した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SPSエネルギーにおけるp+p衝突の衝突エネルギーに伴い、ネット電荷および負電荷粒子多重度の歪度と尖度はどのように変化するか？
• RQ2 2次モーメントを超える高次フラクチュエーションは、臨界点付近における相関長の増大に、より感受性を示すか？
• RQ3 統計モデル（GCE、CE）は、観測された高次フラクチュエーションパターンをどの程度再現できるか？
• RQ4 EPOS 1.99モデルは、ネット電荷および負電荷粒子フラクチュエーションのエネルギー依存性を説明できるか？
• RQ5 データは、ポアソン的または独立粒子生成モデルからの逸脱を示しており、非自明な相関を示唆するか？

主な発見

• 負電荷粒子のスケーリング分散ω[h⁻]はエネルギーに伴い上昇し、40–80 GeV/cの間で1を超える。これはフラクチュエーションの増大を示唆する。
• 負電荷粒子の歪度Sσ[h⁻]および尖度κσ²[h⁻]もエネルギーに伴い上昇し、κσ²[h⁻]は80 GeV/cで1を超える。
• ネット電荷フラクチュエーションでは、ω[h⁺−h⁻]およびSσ[h⁺−h⁻]はエネルギー依存性が弱いが、κσ²[h⁺−h⁻]は上昇し、80 GeV/cで1を超える。
• EPOS 1.99モデルは、ω[h⁻]、Sσ[h⁻]、およびネット電荷のω[h⁺−h⁻]をよく再現するが、κσ²[h⁻]を低く見積もっており、高次相関におけるモデルの欠陥を示唆している。
• 統計モデル（GCEおよびCE）は、特にκσ²の観測されたエネルギー依存性を再現できない。
• 系統的不確実性は、イベントおよびトラック選択基準を変更することで評価した。統計的不確実性は、図のマーカーのサイズよりも小さい。