[論文レビュー] Measurements of $\pi^\pm$, $K^\pm$, $p$ and $\bar{p}$ spectra in $^7$Be+$^9$Be collisions at beam momenta from 19$A$ to 150$A$ GeV/$c$ with the NA61/SHINE spectrometer at the CERN SPS

SHINE Collaboration, A. Acharya+141 more|arXiv (Cornell University)|Oct 5, 2020

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、CERN SPSのNA61/SHINE実験を用いて、ビームモーメンタムが19Aから150A GeV/cの20%最も中央に近い7Be+9Be衝突において、π±、K±、p、およびp̄の包含的二重微分スペクトルおよび平均多重度の高精度測定を報告している。結果は、これらの軽い核子-核子衝突における粒子スペクトルおよびK±/π±比が、非弾性p+p相互作用と類似しており、約4倍の効率で生成物のyieldが増加していること、これは傷ついた核子モデルと整合しており、小スケール系における低エネルギーSPSでホーン構造の証拠は見つからないことを示している。

ABSTRACT

The NA61/SHINE experiment at the CERN Super Proton Synchrotron (SPS) studies the onset of deconfinement in hadron matter by a scan of particle production in collisions of nuclei with various sizes at a set of energies covering the SPS energy range. This paper presents results on inclusive double-differential spectra, transverse momentum and rapidity distributions and mean multiplicities of $π^\pm$, $K^\pm$, $p$ and $\bar{p}$ produced in the 20$\%$ most $central$ $^7$Be+$^9$Be collisions at beam momenta of 19$A$, 30$A$, 40$A$, 75$A$ and 150$A$ GeV/$c$. The energy dependence of the $K^\pm$/$π^\pm$ ratios as well as of inverse slope parameters of the $K^\pm$ transverse mass distributions are close to those found in inelastic $p$+$p$ reactions. The new results are compared to the world data on $p$+$p$ and Pb+Pb collisions as well as to predictions of the EPOS, UrQMD, AMPT, PHSD and SMASH models.

研究の動機と目的

• ハドロン物質における脱コンfinementの始動を、核子衝突系およびエネルギーの体系的スキャンを通じて研究すること。
• NA61/SHINE計画における最も軽い核子-核子系（7Be+9Be）における粒子スペクトルおよび比の挙動を調査すること。
• 統計的および輸送モデルの予測（奇妙さの増幅および粒子生成多重度のスケーリング）を検証すること。
• 臨界点探索における等スピン対称性・低質量衝突の基準系として7Be+9Beを確立すること。

提案手法

• ビームモーメンタム19A、30A、40A、75A、150A GeV/cの20%最も中央に近い7Be+9Be衝突におけるπ±、K±、p、およびp̄の二重微分スペクトル（d2N/dpTdy）を測定した。
• CERN SPSのNA61/SHINE実験を用い、飛行時間およびエネルギー損失測定により二次粒子を検出および同定した。
• 横方向運動量および急速度分布を抽出し、識別された粒子の平均多重度を計算した。
• 系サイズおよびエネルギー依存性を評価するため、NA61/SHINEの非弾性p+pデータおよびNA49のPb+Pbデータと比較した。
• EPOS 1.99、UrQMD 3.4、AMPT 1.26、PHSD 4.0、SMASH 1.6モデルの予測と比較した。
• 測定されたスペクトルおよび多重度すべてに対して統計的および系統的不確かさの推定を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 7Be+9Be衝突における粒子スペクトルおよびK±/π±比は、p+p相互作用と類似しているか。これは、同様の力学的挙動を示唆するか？
• RQ2 小スケール系における低エネルギーSPSで、中央部Pb+Pb衝突と同様にホーン構造が粒子比に現れる証拠はあるか？
• RQ3 測定された生成物のyieldは、傷ついた核子モデルの予測に従って、系サイズにどのように依存するか？
• RQ4 輸送および流体力学的モデル（EPOS、UrQMD、AMPT、PHSD、SMASH）は、軽い核子-核子衝突におけるスペクトルおよび比のエネルギー依存性をどの程度再現できるか？

主な発見

• 19Aから150A GeV/cの全ビームモーメンタム範囲において、7Be+9Be衝突におけるπ±、K±、p、およびp̄の横方向運動量および急速度分布は、非弾性p+p相互作用と定量的に類似している。
• 7Be+9Be衝突におけるK±/π±比は、エネルギー依存性が非弾性p+p反応と非常に良く一致しており、低エネルギーで増幅は見られない。
• 7Be+9Be衝突における粒子生成物のyieldは、p+pに比べて約4倍に増加しており、これは傷ついた核子モデルの予測と整合している。
• 中央部Pb+Pbデータとは対照的に、低エネルギーSPSにおける7Be+9Be衝突ではK±/π±比にホーン構造の証拠は観測されない。
• EPOS 1.99、UrQMD 3.4、AMPT 1.26、PHSD 4.0、SMASH 1.6のいずれのモデルに対しても、測定されたスペクトルおよび比のすべての特徴を完全に再現することはできていない。
• これらの結果は、7Be+9Be衝突がNA61/SHINEスキャンにおける中程度および大質量核子系の妥当な等スピン対称基準系であると解釈することを支持している。