[論文レビュー] Resonance production in PbPb collisions at 5.02 TeV via hydrodynamics and hadronic afterburner

Dmytro Oliinychenko, Chun Shen|arXiv (Cornell University)|May 16, 2021

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、5.02 TeVにおけるPbPb衝突における共鳴状態生成を、相対論的流体力学とハドロン的アフターバーナー・シミュレーションを組み合わせて調査した。結果として、後段階のハドロン的散乱が$Λ(1520)$を強く抑制することが示され、その中間状態での寿命は1–2 fm/$c$に短縮される一方で、$\Delta(1232)$、$f_0(980)$、$a_0(980)$といった他の共鳴状態は増幅され、崩壊分岐比やアフターバーナー持続時間に関する新たな制約が得られた。

ABSTRACT

Using a relativistic hydrodynamics + hadronic afterburner simulation we explore resonance production in PbPb collisions at 5.02 TeV, and demonstrate that many resonance yields, mean transverse momenta, and flows are very sensitive to the late stage hadronic rescattering. Out of all measured resonances $Λ(1520)$ is affected strongest by the hadronic rescattering stage, which allows to estimate its duration, and even constrain branching ratios of $Σ^* o Λ(1520)π$ decays. Strong suppression of $Λ(1520)$, which in vacuum has a lifetime of 12.6 fm/$c$, is explained by its small lifetime in a hadronic medium, between 1 and 2 fm/$c$ at temperatures between 100 and 150 MeV. We find that some resonances like $Δ(1232)$, $f_0(980)$, $a_0(980)$, $Λ(1405)$ are enhanced rather than suppressed by the afterburner.

研究の動機と目的

• 完全な流体力学＋ハドロン的アフターバーナー・シミュレーションを用いて、重イオン衝突における共鳴状態の抑制理論的モデルを検証すること。
• 近い将来のALICE実験データのための理論的予測を、5.02 TeVにおける共鳴状態の生成断面積、平均横運動量、および楕円流に提供すること。
• 真空中の寿命や再生断面積といった単純な予測子が、共鳴状態の抑制または増幅を信頼性高く予測できるかどうかを検証すること。
• 測定された$\Lambda(1520)$が、ハドロン的散乱段階の持続時間およびその崩壊分岐比を制約できるかどうかを検討すること。

提案手法

• 5.02 TeVのPbPb衝突における初期の熱平衡状態を、相対論的理想流体力学を用いてモデル化した。
• 化学的凍結後における後段階のハドロン的散乱を、SMASH輸送コードに基づくハドロン的アフターバーナーを用いてシミュレーションした。
• 詳細なバランスの破れを最小限に抑えるために、$N_{\text{test}} = 10$のテスト粒子を用いた。
• 衝突の中心性に応じて、共鳴状態の生成断面積、平均横運動量（$\langle p_T \rangle$）、および楕円流（$v_2$）を追跡した。
• 流体力学＋アフターバーナーの結果と、流体力学＋崩壊のみの結果を比較し、散乱の影響を分離した。
• スペクトル関数および平均自由行程を分析することで、中間状態の修正効果およびクヌーゼン数効果の役割を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 PbPb衝突の後段階におけるハドロン的散乱は、共鳴状態の生成断面積をどれほど抑制または増幅するか？
• RQ2 $\Lambda(1520)/\Lambda$の生成断面積比は、ハドロン的アフターバーナー段階の持続時間の推定に用いることができるか？
• RQ3 $\Lambda(1520)$の$\langle p_T \rangle$は、$\Sigma^* \to \Lambda(1520)\pi$分岐比をどのように制約するか？
• RQ4 真空状態での寿命が短いにもかかわらず、$\Delta(1232)$などの共鳴状態がアフターバーナーによって増幅されるのはなぜか？
• RQ5 真空中の寿命や平均自由行程といった単純な予測子は、共鳴状態の抑制または増幅を信頼性高く予測できるか？

主な発見

• $\Lambda(1520)$共鳴状態は、100–150 MeVの温度領域で1–2 fm/$c$に短縮された中間状態での寿命のため、中心的PbPb衝突において強く抑制される。
• $\Lambda(1520)/\Lambda$の中間迅速度領域での生成断面積比は、ハドロン的散乱段階の持続時間に対して非常に感受的であり、実験データからその持続時間を推定可能である。
• $\Lambda(1520)$の$\langle p_T \rangle$は、$\Sigma^* \to \Lambda(1520)\pi$分岐比に感受的であり、実験的にその分岐比を制約する手段として有効である。
• >$\Delta(1232)$、$f_0(980)$、$a_0(980)$、$\Lambda(1405)$、$N(1535)$といった共鳴状態はアフターバーナーによって増幅され、特に中心的衝突で$\Delta(1232)$は15%の増幅を示した。
• 部分的化学的平衡モデルは、測定済みの共鳴状態を超える範囲での増幅を予測できないため、広い共鳴状態スペクトルへの外挿に限界があることが示された。
• 真空中の寿命や再生断面積は、抑制の予測に不適切であり、平均自由行程も大きな値のときのみ予測的である。したがって、普遍的な単純な予測子は同定されなかった。