[論文レビュー] Production of light (anti)nuclei in pp collisions at $\sqrt{s} = 5.02$ TeV

S. Acharya, D. Adamová+1029 more|arXiv (Cornell University)|Dec 1, 2021

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 59被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、LHCのALICE検出器を用いて、$√s$ = 5.02 TeVにおけるpp衝突で生成された光 (反)核子（陽子、重水素核、$^3$He）の測定において、これまでで最も精度の高い測定結果を提示する。結果は、核子対陽子比が多重度に応じて増加し、類似した多重度で比較した場合、異なるエネルギーと衝突系において一貫しており、衝突エネルギーではなく生成粒子の多重度によって支配される共通の形成メカニズムを示唆している。

ABSTRACT

The study of the production of nuclei and antinuclei in pp collisions has proven to be a powerful tool to investigate the formation mechanism of loosely bound states in high-energy hadronic collisions. In this paper, the production of protons, deuterons and $^3$He and their charge conjugates at midrapidity is studied as a function of the charged-particle multiplicity in inelastic pp collisions at $\sqrt{s}=5.02$ TeV using the ALICE detector. Within the uncertainties, the yields of nuclei in pp collisions at $\sqrt{s}=5.02$ TeV are compatible with those in pp collisions at different energies and to those in p-Pb collisions when compared at similar multiplicities. The measurements are compared with the expectations of coalescence and Statistical Hadronisation Models. The results suggest a common formation mechanism behind the production of light nuclei in hadronic interactions and confirm that they do not depend on the collision energy but on the number of produced particles.

研究の動機と目的

• pp衝突における軽い (反)核子（p, d, $^3$He）およびそれらの反粒子の生成断面積を、$\sqrt{s} = 5.02$ TeVで測定すること。
• これらの生成断面積が励起粒子多重度および横方向運動量にどのように依存するかを調査すること。
• 小スケール系における軽い核の生成メカニズムが衝突エネルギーに依存しないかどうかを検証すること。
• 実験結果を共析性モデルおよび統計的ハドロン化モデルと比較し、理論的記述を制限すること。

提案手法

• 測定はLHCのALICE検出器を用いて実施され、トラッキングおよび粒子同定にはV0、ITS、TPC、TOFサブ検出器が使用された。
• 衝突の中心度の代理として、V0検出器の信号振幅を用いて励起粒子多重度を推定した。
• 時間飛行法およびTPCとITSにおける比エネルギー損失を用いて粒子同定を実現し、陽子、重水素核、$^3$Heを分離した。
• 共析性パラメータ$B_A$は、核および陽子の横方向運動量スペクトルから抽出され、$B_A = \frac{1}{2\pi p_T^A} \frac{d^2N_A}{dydp_T^A} \Big/ \left( \frac{1}{2\pi p_T^p} \frac{d^2N_p}{dydp_T^p} \right)^A$という関係式を用い、アイソスピン対称性を仮定した。
• 検出器の効率および受容域補正が施され、系統的不確実性は専用のコントロールサンプルを用いて評価された。
• 結果は、正準統計的モデル（CSM）および共析性モデルの予測と比較され、異なる形成メカニズムの妥当性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 pp衝突における軽い (反)核子の生成断面積は、衝突エネルギーに依存するのか、それとも粒子多重度に依存するのか？
• RQ2 pp衝突における測定された核子対陽子比は、$√s$ = 5.02 TeVで他のエネルギーおよび類似した多重度におけるp–Pb衝突で観測された値と整合的か？
• RQ3 共析性モデルおよび統計的ハドロン化モデルは、(反)核子生成断面積の多重度依存性をどの程度正確に記述できるか？
• RQ4 単純な共析性モデルが予測するように、共析性パラメータ$B_A$は横方向運動量および多重度に依存しないのか？

主な発見

• pp衝突における重水素核および$^3$Heの生成断面積は、類似した励起粒子多重度に正規化した場合、他の中心系エネルギーで測定された値と整合的である。
• pp衝突における$d/p$および$^3$He/p比は多重度に応じて増加し、高多重度でPb–Pb衝突と同等の値に達する。
• 重水素核および$^3$Heの共析性パラメータ$B_A$は横方向運動量および多重度に対して弱い依存性を示し、形成メカニズムが遅い段階での共析性と整合的であることを示唆している。
• データは正準統計的モデル（CSM）によりよく説明され、小スケール系における正準抑制を考慮し、高多重度でグランド正準値に近づく。
• 結果は、ハドロン衝突における軽い核の形成メカニズムが普遍的であることを支持しており、主に生成粒子数によって支配され、衝突エネルギーとは無関係である。
• pp、p–Pb、Pb–Pb系の間で多重度を一致させた場合の整合性から、小スケールおよび大スケール系の両方で核形成の背後にある物理的メカニズムが同一であると示唆される。