[論文レビュー] Thermal Model Description of Collisions of Small Nuclei

H. Oeschler, J. Cleymans+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 31, 2016

Nuclear physics research studies被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、正確な素粒子数保存を伴う正準集合を用いた熱模型を用いて、小スケール核反応における非単調な粒子比の系サイズ依存性を調査している。K⁺/π⁺比の最大値は系サイズが小さくなるにつれて小さくなるが、Λ/π⁺比の最大値はppに類似した系でも明確に残ることが示され、このような特徴は正確な素粒子数保存のもとでもハドロン物質において頑健であることを示している。

ABSTRACT

The dependence of particle production on the size of the colliding nuclei is analysed in terms of the thermal model using the canonical ensemble. The concept of strangeness correlation in clusters of sub-volume $V_c$ is used to account for the suppression of strangeness. A systematic analysis is presented of the predictions of the thermal model for particle production in collisions of small nuclei. The pattern of the maxima of strange-particles-to-pion ratios as a function of beam energy is quite special, as they do not occur at the same beam energy and are sensitive to system size. In particular, the $Λ/π^+$ ratio shows a clear maximum even for small systems while the maximum in the K$^+/π^+$ ratio is less pronounced

研究の動機と目的

• 重イオン衝突において観測された非単調な粒子比の系サイズ依存性を理解すること、特に√sNN ≈ 10 GeV付近での挙動を対象とする。
• 奇妙粒子対パイオン比（例：K⁺/π⁺、Λ/π±）の最大値がハドロン的ダイナミクスに起因するのか、相転移に起因するのかを調査すること。
• 有限な部分体積における正確な素粒子数保存が、小スケール系における粒子生成率に与える影響を特定すること。
• 観測された最大値が、脱コンfinementを示すのではなく、ハドロン的熱平衡と正準集合の制約に起因するという仮説を検証すること。

提案手法

• 温度Tとバリオン化学ポテンシャルμBを伴うハドロン的火球における化学的・熱的平衡に基づく熱統計的モデルを採用する。
• 相関体積Vc（半径Rcでパラメータ化）内での正確な素粒子数保存を実現するため、正準集合形式を適用する。
• 正準集合における分配関数を用いて粒子生成率を計算し、分岐比を介したレゾナーディセイの寄与も含む。
• ビームエネルギー√sNNと系サイズ（Rcを介して）の関数として、化学的冻结線に沿って粒子比（例：K⁺/π⁺、Λ/π±）を計算する。
• Rc値（大から小へ、約1.5 fmまで）を変化させることで、Pb-Pbからppに至る系サイズの変化を模擬する。
• 対称性のテストとハドロン的・相転移的状況の区別を目的として、粒子および反粒子比を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 K⁺/π⁺およびΛ/π±比の非単調な挙動は、ppやp-Pbのような小スケール核系に対しても持続するか？
• RQ2 有限な部分体積における正確な素粒子数保存が、小スケール系における奇妙粒子生成率の抑制に与える影響は何か？
• RQ3 なぜΛ/π⁺比は小スケール系でも明確な最大値を示すのに対し、K⁺/π⁺比の最大値は小さくなるのか？
• RQ4 粒子比の最大値はどのビームエネルギーで現れ、系サイズが小さくなるにつれてそのエネルギーはどのように変化するか？
• RQ5 観測された粒子比の励起関数は、相転移を仮定せず、正準素粒子数保存を伴うハドロン的熱模型で説明可能か？

主な発見

• Rc ≈ 1.5 fm（pp衝突に対応）の小スケール系でも、Λ/π⁺比は明確な最大値を示し、素粒子数保存のもとでも頑健であることが示された。
• K⁺/π⁺比の最大値は相関半径Rcが小さくなるにつれて徐々に小さくなり、最終的に消失することが示され、小スケール系での強い抑制が裏付けられた。
• 粒子比の最大値は異なるビームエネルギーで現れ、多奇異バリオン比（例：Ξ/π±、Ω/π±）はK⁺/π⁺およびΛ/π±よりも高い√sNNでピークに達する。
• 反粒子比（例：K⁻/π⁻、Λ̄/π⁻）はビームエネルギーとともに単調に増加し、高エネルギーで飽和するが、最大値は観測されず、熱模型と整合的である。
• 最大値のパターンは系サイズおよび正確な素粒子数保存の実装に敏感であり、これは脱コンフィnementの信号ではなく、ハドロン的起源を支持する。
• 結果はBESおよびNA61の実験データと定性的に整合しており、観測された特徴が有限体積におけるハドロン的ダイナミクスによって支配されていることを示唆している。