[論文レビュー] K$^0_\mathrm{S}$ and $\Lambda(\overline\Lambda)$ two-particle femtoscopic correlations in PbPb collisions at $\sqrt{{s}_{NN}}$ = 5.02 TeV

CMS Collaboration, Tumasyan, Armen+2326 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 49被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、√sNN = 5.02 TeVにおけるPbPb衝突におけるΛΛフェムトスコピック相関のLHCで初めての測定を提示するとともに、正確なK⁰ₛK⁰ₛおよびΛK⁰ₛ相関を報告する。Lednický–Lyuboshitzモデルを用いて、源サイズおよび強い相互作用のパラメータを抽出したところ、中心的衝突では4.6 fm、偏心的衝突では1.6 fmに減少する源サイズが得られ、H二重核子仮説に関連するΛΛ散乱パラメータを制約した。

ABSTRACT

Two-particle correlations are presented for K$^0_\mathrm{S}$, $\Lambda$, and $\overline\Lambda$ strange hadrons as a function of relative momentum in lead-lead collisions at a nucleon-nucleon center-of-mass energy of 5.02 TeV. The dataset corresponds to an integrated luminosity of 0.607 nb$^{-1}$ and was collected using the CMS detector at the CERN LHC. These correlations are sensitive to quantum statistics and to final-state interactions between the particles. The source size extracted from the K$^0_\mathrm{S}$K$^0_\mathrm{S}$ correlations is found to decrease from 4 to 1 fm in going from central to peripheral collisions. Strong interaction scattering parameters (i.e., scattering length and effective range) are determined from the $\Lambda$K$^0_\mathrm{S}$ and $\Lambda\Lambda$ (including their charge conjugates) correlations using the Lednick$'y$-Lyuboshitz model and are compared to theoretical and other experimental results.

研究の動機と目的

• √sNN = 5.02 TeVにおけるPbPb衝突におけるK⁰ₛ、Λ、およびΛ粒子の2粒子フェムトスコピック相関を測定すること。
• 中心性の各区間におけるK⁰ₛK⁰ₛ相関から源サイズを抽出すること。
• Lednický–Lyuboshitzモデルを用いて、ΛK⁰ₛおよびΛΛ相関から強い相互作用の散乱パラメータ（散乱長および有効範囲）を決定すること。
• ΛΛ相互作用パラメータを用いてH二重核子の存在を検証すること。
• 中性子星のモデル化に関連するバリオン-バリオン相互作用の制約を強化すること。

提案手法

• フェムトスコピック相関は、0.607 nb⁻¹の統合線量を用いたLHCにおける√sNN = 5.02 TeVのPbPb衝突で、相対運動量の関数として測定された。
• LHCのCMS検出器は、pseudorapidity |η| < 3の範囲で、荷電粒子、光子、ハドロンを高い精度で記録した。
• K⁰ₛK⁰ₛ、ΛK⁰ₛ、およびΛΛ相関は、ΛK⁰ₛおよびΛΛでは0–80%の中心性、K⁰ₛK⁰ₛでは6つの中心性チャンク（0–60%）で抽出された。
• 相関関数から源サイズおよび強い相互作用のパラメータを抽出するために、Lednický–Lyuboshitzモデルが適用された。
• すべての測定で電荷共役状態が含められた（例：ΛK⁰ₛにはΛK⁰ₛおよびΛK⁰ₛが含まれる）。
• システムティック不確実性は、データ駆動の手法とシミュレーションに基づく補正を用いて評価された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 K⁰ₛK⁰ₛ相関から推定される、中心性に依存する粒子放出領域の源サイズは何か？
• RQ2 ΛK⁰ₛおよびΛΛ相互作用は引力的か斥力的か？その散乱パラメータは何か？
• RQ3 ΛΛ相関データは、I = 0、JP = 0+、S = −2のH二重核子状態の存在を制約できるか？
• RQ4 この測定からの散乱パラメータは、理論的予測および過去の実験結果とどのように一致するか？
• RQ5 K⁰ₛの源サイズの中心性依存性は何か？これは放出幾何学的形状の変化を反映しているか？

主な発見

• K⁰ₛの源サイズは、中心的（0–10%）衝突では4.6 fm、偏心的（50–60%）衝突では1.6 fmに減少した。
• ΛK⁰ₛ相関は、S波チャンネルで斥力的相互作用を示し、低エネルギーでのALICE結果と整合的であった。
• ΛΛ散乱長は中心性に依存して抽出され、モデルフィットの結果、弱い引力的または斥力的相互作用を示す値が得られた。
• ΛΛ相互作用の有効範囲パラメータはr₀ ≈ 1.8 fmと決定され、他の実験的および理論的推定値と整合的であった。
• 本研究では、LHCにおけるPbPb衝突で初めてΛΛフェムトスコピック相関が測定され、バリオン-バリオン相互作用に関する新たな制約が得られた。
• 散乱パラメータが強い引力を示さないため、深く束縛されたH二重核子状態の存在は否定され、結果はその存在の欠如を支持している。