[論文レビュー] Production of K$^{*}(892)^{0}$ and $\phi(1020)$ in pp and Pb-Pb collisions at $\sqrt{s_{ m NN}} = 5.02$ TeV

S. Acharya, D. Adamová+1033 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 60被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、LHCのALICE検出器を用いて、√sNN = 5.02 TeVにおけるppおよびPb–Pb衝突において、短寿命のK$^{*}(892)^0$および長寿命の$φ(1020)$メソンの生成を測定した。中心部Pb–Pb衝突では、崩壊生成物の再散乱によるK$^{*}(892)^0$の生成量が抑制されるのに対し、$φ(1020)$には抑制は見られず、両メソンとも高横運動量領域で類似した核修正因子（RAA）を示しており、これはクォーク-グルーオンプラズマ内でのエネルギー損失と整合的である。

ABSTRACT

The production of K$^{*}(892)^{0}$ and $\phi(1020)$ mesons in proton-proton (pp) and lead-lead (Pb-Pb) collisions at $\sqrt{s_\mathrm{NN}} = 5.02$ TeV has been measured using the ALICE detector at the Large Hadron Collider (LHC). The transverse momentum ($p_{\mathrm{T}}$) distributions of K$^{*}(892)^{0}$ and $\phi(1020)$ mesons have been measured at midrapidity $(|y|<0.5)$ up to $p_{\mathrm{T}} = 20$ GeV$/c$ in inelastic pp collisions and for several Pb-Pb collision centralities. The collision centrality and collision energy dependence of the average transverse momenta agree with the radial flow scenario observed with stable hadrons, showing that the effect is stronger for more central collisions and higher collision energies. The $\mathrm{K^{*0}/K}$ ratio is found to be suppressed in Pb-Pb collisions relative to pp collisions: this indicates a loss of the measured K$^{*}(892)^{0}$ signal due to rescattering of its decay products in the hadronic phase. In contrast, for the longer-lived $\phi(1020)$ mesons, no such suppression is observed. The nuclear modification factors ($R_{ m AA}$) of K$^{*}(892)^{0}$ and $\phi(1020)$ mesons are calculated using pp reference spectra at the same collision energy. In central Pb-Pb collisions for $p_{ m T} > 8$ GeV$/c$, the $R_{ m AA}$ values of K$^{*}(892)^{0}$ and $\phi(1020)$ are below unity and observed to be similar to those of pions, kaons, and (anti)protons. The $R_{ m AA}$ values at high $p_{\mathrm T}$ for K$^{*}(892)^{0}$ and $\phi(1020)$ mesons are in agreement within uncertainties for $\sqrt{s_\mathrm{NN}} = 5.02$ and 2.76 TeV.

研究の動機と目的

• √sNN = 5.02 TeVにおける高エネルギーppおよびPb–Pb衝突におけるK$^{*}(892)^0$および$φ(1020)$メソンの生成ダイナミクスを調査すること。
• 異なる寿命を持つ共鳴子を用いて、重イオン衝突のハドロン相における再散乱および再生の効果を調べること。
• 横運動量スペクトルおよび核修正因子を用いて、径方向流れとパートンのエネルギー損失のエネルギーおよび中央度依存性を検討すること。
• 短寿命および長寿命のストレンジ共鳴子の挙動を比較することで、クォーク-グルーオンプラズマおよびハドロン媒体の性質を制約すること。

提案手法

• 非弾性ppおよび複数のPb–Pb中央度クラスにおける、中間ラピディティ（|y| < 0.5）でのK$^{*}(892)^0$および$φ(1020)$メソンの横運動量（pT）分布を測定する。
• 両メソンの核修正因子（RAA）を計算するために、同じエネルギーでのpp衝突データを基準スペクトルとして用いる。
• 不変質量再構成およびピークフィッティング技術を適用して、崩壊生成物（例：K$^{*}(892)^0$の場合はKπ、$φ(1020)$の場合はK$̅{K}$）からのK$^{*}(892)^0$および$φ(1020)$の崩壊を同定する。
• π粒子、K粒子、および陽子のpTスペクトルを同時にフィットして、ブレースト・ウェーブパラメータを抽出し、共鳴子データと比較する。
• 平均横運動量⟨pT⟩および生成物比（K$^{*0}$/Kおよびφ/K）を計算し、径方向流れおよび媒体効果を検討する。
• √sNN = 5.02 TeVでの結果を、以前の2.76 TeVでの測定結果と比較して、エネルギー依存性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √sNN = 5.02 TeVにおけるPb–Pb衝突の中央度に応じて、K$^{*}(892)^0$および$φ(1020)$メソンの生成はどのように変化するか？
• RQ2 中心部Pb–Pb衝突において、pp衝突と比較してK$^{*}(892)^0$の生成量はどの程度抑制されているのか。これはハドロン相における再散乱の性質をどのように示唆するか？
• RQ3 高pT領域におけるK$^{*}(892)^0$および$φ(1020)$メソンの核修正因子（RAA）は、π粒子やK粒子といった軽いハドロンと類似したエネルギー損失の挙動を示すか？
• RQ4 ⟨pT⟩から推定される径方向流れの効果は、衝突エネルギーおよび中央度に応じてどのように変化するか。また、異なる共鳴子間で一貫性があるか？
• RQ5 これらの共鳴子について、√sNN = 5.02 TeVと2.76 TeVの間でRAAのエネルギー依存性に顕著な差が見られるか？

主な発見

• K$^{*}(892)^0$および$φ(1020)$メソンの平均横運動量⟨pT⟩は、衝突中央度およびエネルギーに伴い増加し、√sNN = 5.02 TeVにおける中心部Pb–Pb衝突では、より強い径方向流れが生じていると整合的である。
• 中心部Pb–Pb衝突において、K$^{*}(892)^0$/K生成物比はpp衝突と比較して抑制されており、崩壊生成物のハドロン媒体内での再散乱が顕著であることを示している。
• 一方、φ(1020)/K生成物比はPb–Pb衝突において抑制を示さず、寿命の長いφ(1020)メソンが最終状態相互作用の影響をあまり受けていないことを確認している。
• 高pT（> 8 GeV/c）領域では、中心部Pb–Pb衝突におけるK$^{*}(892)^0$および$φ(1020)$メソンの核修正因子RAAは1未満であり、π粒子、K粒子、および（反）陽子と一致しており、媒体内でのパートンのエネルギー損失を示している。
• 両メソンの高pT領域におけるRAA値は、√sNN = 5.02 TeVと2.76 TeVの間で誤差の範囲で一致しており、これらのエネルギー間でエネルギー損失のダイナミクスが類似していることを示唆している。