[論文レビュー] Seeing phi meson through the dilepton spectra in heavy-ion collisions

W.S. Chung, Che Ming Ko+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 31, 1998

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 10

ひとこと要約

本稿は、SIS/GSIエネルギー（約2 GeV/核子）における重イオン衝突におけるphiメソン生成および物質効果を相対論的輸送モデルを用いて調査している。物質中での修正、特に中間子-核子相互作用および低下するphi質量が、二重電子スペクトルを広げ、phiピーク付近にショルダー構造を生じさせることを示しており、これは密度の高い核物質におけるphiメソンの性質を検出可能なシグネチャーを提供する。

ABSTRACT

Dilepton spectra from the decay of phi mesons produced in heavy-ion collisions at SIS/GSI energies ($\sim 2$ GeV/nucleon) are studied in the relativistic transport model. We include phi mesons produced from baryon-baryon, pion-baryon, and kaon-antikaon collisions. The cross sections for the first two processes are obtained from an one-boson-exchange model, while that for the last process is taken to be the Breit-Wigner form through the phi meson resonance. For dileptons with invariant mass near the phi meson peak, we also include contributions from neutron-proton bremsstrahlung, pion-pion annihilation, and the decay of rho and omega mesons produced in baryon-baryon and meson-baryon collisions. Effects due to medium modifications of the kaon and vector (rho, omega and phi) meson properties are investigated. We find that the kaon medium effects lead to a broadening of the dilepton spectrum as a result of the increase of phi meson decay width. Furthermore, the dropping of phi meson mass in nuclear medium leads to a shoulder structure in the dilepton spectrum besides the main peak at the bare phi meson mass. The experimental measurement of the dilepton spectra from heavy-ion collisions is expected to provide useful information about the phi meson properties in dense matter.

研究の動機と目的

• 相対論的輸送モデルを用いて、SIS/GSIエネルギーにおける重イオン衝突におけるphiメソン生成を調査すること。
• 特に中間子およびベクトルメソンの性質の変化が二重電子スペクトルに与える影響を検討すること。
• 二重電子スペクトルが、高密度核物質におけるphiメソンの性質をどのように明らかにするかを特定すること。
• バリオン-バリオン、パイオン-バリオン、および中間子-反中間子衝突といったさまざまな過程がphiメソン生成に与える寄与を分析すること。
• 核物質中におけるphiメソンの質量および幅の変化が、二重電子スペクトルの形状に与える影響を調査すること。

提案手法

• 約2 GeV/核子のエネルギーにおける重イオン衝突におけるphiメソン生成をシミュレートするために、相対論的輸送モデルを用いた。
• バリオン-バリオンおよびパイオン-バリオン過程の断面積を、1ボソン交換モデルを用いて計算した。
• 中間子-反中間子消失によるphiメソン生成に、ブライト＝ウィグナー形式を用いた。
• 中性子-陽子ブレムストラールシュティング、パイオン-パイオン消失、およびrhoおよびomegaメソンの崩壊からの寄与を、phiピーク付近に含めた。
• 中間子-核子相互作用に起因するphiメソン質量の低下および崩壊幅の増加といった物質効果を組み込んだ。
• 二重電子スペクトルをシミュレートし、特にphiメソンのインバリアント質量付近の構造を分析した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中間子およびベクトルメソンの物質中での修正が、重イオン衝突における二重電子スペクトルに与える影響は何か？
• RQ2 核物質中で生成されたphiメソンの存在を示す二重電子スペクトルのどのようなシグネチャーがあるか？
• RQ3 高密度物質中におけるphiメソン質量の低下が、二重電子スペクトルの形状にどのように影響を与えるか？
• RQ4 中間子-核子相互作用が、phiメソンの崩壊幅の増加を通じて、二重電子スペクトルをどの程度広げるか？
• RQ5 phiピーク付近の二重電子スペクトルにおけるショルダー構造は、物質修正されたphiメソンの性質に起因するか？

主な発見

• 中間子の物質効果により、phiメソンの崩壊幅が増加し、二重電子スペクトルが広がる。
• 核物質中におけるphiメソン質量の低下により、裸のphi質量における主ピークに加えて、明確なショルダー構造が二重電子スペクトルに現れる。
• 中性子-陽子ブレムストラールシュティング、パイオン-パイオン消失、およびrho/omegaメソンの崩壊からの寄与は、phiピーク領域で顕著である。
• 物質修正されたベクトルメソンの性質を組み込むことで、スペクトル形状が変化し、物質中ダイナミクスへの感度が向上する。
• シミュレートされた二重電子スペクトルは、物質中におけるphiメソンの性質、特に質量シフトおよび幅の広がりに対して明確な感度を示す。
• 重イオン衝突における二重電子スペクトルの実験的測定は、高密度物質におけるphiメソンの振る舞いに関する直接的な情報を提供すると期待される。