[論文レビュー] Transverse mass spectra and scaling of hadrons at RHIC and LHC energies

P. K. Khandai, P. Sett+2 more|arXiv (Cornell University)|May 3, 2012

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 4被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、RHICおよびLHCエネルギーにおけるp+p、d+Au、Au+Au衝突におけるメソンおよびバリオンの横断的質量（$m_T$）スケーリングを調査する。修正されたハーゲルドンフィット関数を用いて、$√s_{NN}$ = 200 GeVにおけるp+pおよびd+Au系ではバリオンがプロトンとスケーリングするが、中央部のAu+Au衝突では中間媒体効果によりストレンジバリオンが逸脱する。LHCエネルギー（$√s$ = 900 GeV）では、$Λ$および$Ω$バリオンの$m_T$スケーリングは良好に成立するが、カイオンおよび$φ$メソンでは失敗し、エネルギーおよび系に依存するスケーリング行動が示唆される。

ABSTRACT

We present a systematic study of transverse mass spectra ($m_T$) of mesons and baryons at RHIC and LHC energies. In an earlier study, it was shown that all the mesons produced in p+p and d+Au collisions at $\sqrt{s_{NN}}$ = 200 GeV follow $m_T$ scaling while in Au+Au collisions at same energy the mesons with strange and charm quark contents do not follow $m_T$ scaling which can be attributed to medium modifications. We extend this study for baryons produced in all above colliding systems at $\sqrt{s_{NN}}$ = 200 GeV. Although all available baryon spectra behave differently from mesons but are found to scale with protons for both p+p and d+Au collisions. In case of Au+Au collisions, the strange baryons behave differently from protons. This study has also been performed on the meson spectra in p+p collisions at 62.4 GeV which lies in between the highest RHIC energy and SPS energy where the $m_T$ scaling was first observed and we arrive at same conclusions as those at 200 GeV. We test the $m_T$ scaling at LHC with the first meson spectra measured in p+p collisions at 900 GeV and find that the $m_T$ spectra of kaons and $ϕ$ do not scale with pions. Thus $m_T$ scaling which was working well up to p+p collisions at 200 GeV seems to be broken. Here we use all data measured in the mid rapidity region. Baryon to meson ratio is studied as a function of $m_T$, at different energies and for different systems and is found that this ratio for p+p at 900 GeV is quite different from that in p+p collisions at RHIC energies.

研究の動機と目的

• RHICおよびLHCエネルギーにおける異なる衝突系におけるメソンおよびバリオンの横断的質量（$m_T$）スペクトルを体系的に分析すること。
• $√s_{NN}$ = 200 GeVにおけるp+p、d+Au、Au+Au衝突において、メソンで観測された$ m_T $スケーリングがバリオンに対しても成立するかを検証すること。
• エネルギー依存性を評価するため、低エネルギー（62.4 GeV）および高エネルギー（900 GeV）のp+p衝突にまで$ m_T $スケーリング分析を拡張すること。
• LHCエネルギーでの$ m_T $スケーリングの妥当性を、$√s$ = 900 GeVの最初の入手可能なp+pデータを用いて評価すること。
• エネルギーおよび系にわたる$ m_T $関数としてのプロトン対パイオン比を定量的に評価し、ハドロン生成メカニズムを解明すること。

提案手法

• 横断的運動量スペクトルを、$m_T$を変数とする修正されたハーゲルドン関数でフィットし、パラメータ$A$、$a$、$b$、$p_0$、$n$をパイオンまたはプロトンデータから得る。
• プロトンまたはパイオンのフィット関数$f_{\pi/p}(m_T)$を正規化係数$S$を用いてスケーリングし、他のハドロンのスペクトルを予測する。
• メソン（$K^\pm$、$K_S^0$、$\phi$）およびバリオン（$\Lambda$、$\Xi$、$\Omega$）の実験的$m_T$スペクトルを用い、スケーリング関数との比較から$S$値を抽出する。
• 複数の衝突系（p+p、d+Au、Au+Au、$√s_{NN}$ = 200 GeV）およびp+p（62.4 GeVおよび900 GeV）に対してフィットを実施する。
• Au+Au衝突における中央度依存性を分析し、中間媒体効果がスケーリング行動に与える影響を評価する。
• エネルギーおよび系にわたる$m_T$スケーリングスペクトルと測定データを比較し、スケーリングの質を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 p+pおよびd+Au衝突において、$√s_{NN}$ = 200 GeVでバリオンはプロトンと$m_T$スケーリングを満たすか？
• RQ2 中央部と周辺部のAu+Au衝突において、ストレンジバリオン（$\Lambda$、$\Xi$、$\Omega$）の$m_T$スケーリングはどのように異なるか？
• RQ3 LHCエネルギー（$\u221As$ = 900 GeV）におけるp+p衝突で、メソンおよびバリオンの$m_T$スケーリングは成立するか？
• RQ4 異なるエネルギーおよび衝突系において、$m_T$に依存するプロトン対パイオン比はどのように変化するか？
• RQ5 62.4 GeVという中間エネルギー領域で、$m_T$スケーリングは一貫しているか？

主な発見

• p+pおよびd+Au衝突において$√s_{NN}$ = 200 GeVでは、バリオンの$m_T$スペクトルはプロトンスペクトルと良好にスケーリングし、$\Lambda$/p、$\Xi$/p、$\Omega$/pの$S$値はそれぞれ0.785 $\pm$ 0.021、0.140 $\pm$ 0.030、0.060 $\pm$ 0.022であった。
• 中央部のAu+Au衝突（$√s_{NN}$ = 200 GeV）では、ストレンジバリオンがプロトンとの$m_T$スケーリングから逸脱し、10–20%中央度で$\Lambda$/pが0.70 $\pm$ 0.09に低下した。これは中間媒体効果を示唆する。
• LHCエネルギー（$\u221As$ = 900 GeV）では、$m_T$スケーリングが$\Lambda$および$\Xi$スペクトルを良好に再現し、$\Lambda$/p = 0.93 $\pm$ 0.20であったが、$K^\pm$および$\phi$メソンでは失敗した。
• $\phi$メソンの$m_T$スケーリングスペクトルは900 GeVで実験データと一致が悪く、$\phi$/\pi正規化係数$S$ = 0.23 $\pm$ 0.02であった。これはスケーリングの破綻を示唆する。
• 900 GeVのp+p衝突におけるプロトン対パイオン比は200 GeVよりも顕著に低く、$m_T$ ~ 2 GeVでの比は高エネルギーで著しく小さくなった。
• 62.4 GeVでも$m_T$スケーリングはメソンに対して成立し、$K^\pi$正規化係数$S$ = 0.38 $\pm$ 0.02であった。これは中間エネルギー領域でもスケーリングが継続することを確認する。