[論文レビュー] The energy density representation of the strangeness enhancement from p+p to Pb+Pb

E. Cuautle, G. Paić|arXiv (Cornell University)|Aug 6, 2016

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 10被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、p+p、p+Pb、Pb+Pb衝突における奇妙粒子の増幅が、初期エネルギー密度に比例することを提案している。エネルギー密度は、多重度と横運動量からBjorken式を用いて推定されている。著者らは、同じエネルギー密度において、すべての系で奇妙粒子および複数の奇妙バリオンの生成率がほぼ完全に比例することを発見した。これは、小スケール系でさえも熱平衡状態および流体力学的挙動を示している可能性を示唆している。

ABSTRACT

The energy density is the prime parameter to define the deconfinement of quarks and gluons occurring in collisions of heavy ions. Recently, there is mounting evidence that many observables in proton-proton collisions behave in a manner very similar to the one observed in heavy ions. We present as an additional piece of evidence, a scaling of the strange particle yields as a function of the energy density of the three collision systems: p+p p+Pb and Pb+Pb, using the latest results of the ALICE collaboration.

研究の動機と目的

• 陽子-陽子、陽子- lead、lead-lead衝突における奇妙粒子生成が初期エネルギー密度に比例するかどうかを調査すること。
• エネルギー密度が、系のサイズや衝突エネルギーではなく、奇妙粒子増幅を支配する主要なパラメータであるという仮説を検証すること。
• p+p や p+Pb などの小スケール系が、重イオン系と同等の熱的挙動を示すかどうかを評価すること。
• Bjorkenエネルギー密度推定値が、奇妙粒子生成率の普遍的スケーリング変数として有効かどうかを評価すること。
• 観測されたスケーリングが、小スケール衝突系における流体力学的モデルや熱的モデルの適用可能性を支持するかどうかを特定すること。

提案手法

• エネルギー密度をBjorken式により計算する：ετ = (3/2) * <p_T^k> * (dN^k/dη) / A^k、ここで A^k は系の横断的面積である。
• ALICE実験データから、7、5.02、2.76 TeVにおけるp+p、p+Pb、Pb+Pb衝突の実験的測定値であるチャージド粒子多重度（dN/dη）と平均横運動量（<p_T>）を用いる。
• 経験的公式を用いて、熱平衡状態にある系の半径を推定する：R_pp = 0.405*(dN_i/dη)^{1/3} + 0.332 および R_Pb+Pb = 0.772*(dN_i/dη)^{1/3} + 0.049。
• すべての系に同一のエネルギー密度推定法を適用することで、直接的な比較を可能にする。
• ετを横軸にとり、奇妙粒子および複数の奇妙バリオンとπ粒子の比をプロットし、スケーリングの有無を検証する。
• ALICE測定の多重度チャンクを用いることで、公表済みデータと整合性を保つ。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 異なる衝突系において、奇妙粒子および複数の奇妙バリオンの相対的生成率が初期エネルギー密度に比例するか？
• RQ2 Bjorken式による推定値としてのエネルギー密度が、奇妙粒子増幅の普遍的スケーリング変数として機能できるか？
• RQ3 小スケール系（p+p、p+Pb）が、大スケール系（Pb+Pb）と比較して、どれほど奇妙粒子生成において類似した挙動を示すか？
• RQ4 観測されたスケーリングが、小スケール衝突系における熱平衡状態および流体力学的挙動の可能性を支持するか？
• RQ5 同じエネルギー密度において、Pb+Pb衝突における奇妙粒子生成の増幅が、小スケール系よりも顕著に大きいとされるか？

主な発見

• ετを横軸にとった場合、(Ξ⁻+Ξ⁺)/(π⁻+π⁺)、2Λ/(π⁻+π⁺)、(Ω⁻+Ω⁺)/(π⁻+π⁺) の比は、p+p、p+Pb、Pb+Pb衝突のすべてでほぼ完全なスケーリングを示した。
• ΞおよびΛバリオンのスケーリングが最も一貫しており、エネルギー密度が奇妙粒子増幅を記述する強固なパラメータであることが示された。
• (Ω⁻+Ω⁺)/(π⁻+π⁺) の比は、Pb+Pbでやや高い生成傾向を示したが、大きな実験的誤差のため明確な結論は得られなかった。
• 結果から、熱平衡状態および流体力学的挙動が、小スケール系にも及んでいる可能性が示唆された、高エネルギー密度下でも成立する。
• 観測されたスケーリングは、高初期温度下で小スケール系に流体力学的挙動を予測するハログラフィック双対性モデルと整合的である。
• 一部の熱的モデルが予測する明確な臨界温度の存在は支持されず、これにより、背後にあるメカニズムのさらなる調査が求められる。