[논문 리뷰] An evidence of triple kinetic freezeout scenario observed in all centrality intervals in Cu-Cu, Au-Au and Pb-Pb collisions at high energies.

M. Waqas, Guang-Xiong Peng외 1명|arXiv (Cornell University)|2021. 01. 20.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 Cu-Cu, Au-Au 및 Pb-Pb 충돌에서의 특정 입자들의 횡방향 운동량 스펙트럼을 타실리스 통계를 적용한 블라스트 웨이브 모델을 사용하여 분석하여, 모든 중심도 간격에서 삼중 운동역학적 동결화 시나리오가 존재함을 밝혀냈다. 주요 발견은 다중 이상한 및 이상한 입자들이 π 및 p 보다 더 높은 온도에서 동결화되며, 이는 반응 단면적이 작기 때문이며, 동결화 파라미터는 입자 질량에 따라 감소하고 시스템 크기와 충돌 에너지가 증가함에 따라 증가한다.

ABSTRACT

Transverse momentum spectra of $\pi^+$, $K^+$, $p$, $K^0_s$, $\Lambda$, $\Xi$ or $\bar\Xi^+$ and $\Omega$ or $\bar\Omega^+$ or $\Omega+\bar\Omega$ in Copper-Copper (Cu-Cu), Gold-Gold (Au-Au) and Lead-Lead (Pb-Pb) collisions at 200 GeV, 62.4 GeV and 2.76 TeV respectively, are analyzed in different centrality bins by the blast wave model with Tsallis statistics. The model results are approximately in agreement with the experimental data measured by BRAHMS, STAR and ALICE Collaborations in special transverse momentum ranges. Kinetic freeze out temperature, transverse flow velocity and kinetic freezeout volume are extracted from the transverse momentum spectra of the particles. It is observed that $\bar\Xi^+$ and $\Omega$ or $\bar\Omega^+$ or $\Omega+\bar\Omega$ have larger kinetic freezeout temperature followed by $K^+$, $K^0_s$ and $\Lambda$ than $\pi^+$ and $p$ due to smaller reaction cross-sections of multi-strange and strange particles than non-strange particles. The present work reveals the scenario of triple kinetic freezeout in collisions at BRAHMS, STAR and ALICE Collaborations, however the transverse flow velocity and kinetic freezeout volume are mass dependent and they decrease with the increasing rest mass of the particle. In addition, the kinetic freezeout temperature, transverse flow velocity and kinetic freezeout volume are decreasing from central to peripheral collisions while the parameter q increase from central to peripheral collisions, indicating the approach of quick equilibrium in the central collisions. Besides, the kinetic freezeout temperature and kinetic freezeout volume are observed to be larger in larger collision system which shows its dependence on the size of the interacting system, while transverse flow velocity increase with increasing energy.

연구 동기 및 목표

• 고에너지 중이온 충돌에서 다양한 중심도 간격에 걸쳐 특정 입자들의 운동역학적 동결화 역학을 조사하기 위해.
• 다른 입자 종류가 서로 다른 시간에 동결화되는 삼중 운동역학적 동결화 시나리오가 다양한 충돌 시스템과 에너지에서 일반적으로 적용되는지 확인하기 위해.
• 동결화 파라미터(온도, 유동 속도, 부피)가 입자 질량, 이상성, 시스템 크기에 따라 어떻게 달라지는지 분석하기 위해.
• 중앙에서 외곽으로 갈수록 동결화 파라미터의 변화 양상과 시스템의 평형도에 대한 관계를 탐구하기 위해.

제안 방법

• Cu-Cu, Au-Au 및 Pb-Pb 충돌에서 $/pi^+$, $K^+$, $p$, $K^0_s$, $ar\theta^+$, $ar\theta^+$, $ar\theta^+$ 또는 $ar\theta^+$ 의 횡방향 운동량 스펙트럼에 블라스트 웨이브 모델에 타실리스 통계를 적용하여 피팅하기 위해.
• 다양한 중심도 밴드에서 스펙트럼 피팅을 통해 운동역학적 동결화 온도, 횡방향 유동 속도, 동결화 부피를 추출하기 위해.
• 각각 $\ts{200 GeV}$, $\ts{62.4 GeV}$ 및 $\ts{2.76 TeV}$ 에서 BRAHMS, STAR 및 ALICE 협동조합의 실험 데이터를 사용하기 위해.
• 다양한 충돌 시스템과 중심도 간격에서 동결화 파라미터의 질량 및 이상성 의존성을 분석하기 위해.
• 타실리스 파라미터 $q$ 가 시스템 평형도를 탐색하는 데 사용되며, 특히 중심에서 외곽으로 갈수록 증가하는 경향을 보여주므로, 이에 대한 분석을 수행하기 위해.
• 다양한 충돌 시스템 간의 동결화 파라미터를 비교하여 시스템 크기 의존성을 평가하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다양한 중심도 간격에서 다중 이상한 및 이상한 입자들이 비이상한 입자들보다 별개의 운동역학적 동결화 온도를 보일까?
• RQ2 운동역학적 동결화 온도, 횡방향 유동 속도, 동결화 부피가 입자 질량과 이상성에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ3 동결화 파라미터가 중심도에 따라 어떻게 달라지며, 이는 시스템 평형도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 충돌 시스템의 크기(Cu-Cu 대비 Au-Au 대비 Pb-Pb)가 운동역학적 동결화 파라미터에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 타실리스 파라미터 $q$ 가 중심에서 외곽으로 갈수록 증가하는가? 이는 외곽 시스템에서 더 빠른 평형도를 나타내는가?

주요 결과

• 다중 이상한 및 이상한 입자들인 $\bar\theta^+$ 및 $\bar\theta^+$ 또는 $\bar\theta^+$ 는 반응 단면적이 작기 때문에 $\bar\theta^+$, $K^0_s$, $\bar\theta^+$ 보다 더 높은 운동역학적 동결화 온도를 보인다.
• 운동역학적 동결화 온도, 횡방향 유동 속도, 동결화 부피는 모두 입자의 정지 질량 증가에 따라 감소하며, 명백한 질량 의존성이 있음을 나타낸다.
• 중앙에서 외곽으로 갈수록 운동역학적 동결화 온도와 부피는 감소하고, 타실리스 파라미터 $q$ 는 증가하며, 이는 외곽 시스템에서 더 빠른 평형도를 향한 경향을 시사한다.
• 더 큰 충돌 시스템(Pb-Pb 등)은 더 작은 시스템(Cu-Cu 등)보다 더 높은 운동역학적 동결화 온도와 부피를 보이며, 이는 시스템 크기 의존성을 명확히 보여준다.
• 횡방향 유동 속도는 충돌 에너지가 증가함에 따라 증가하며, 이는 고에너지 충돌에서 더 강한 집단적 팽창을 의미한다.
• 타실리스 통계를 적용한 블라스트 웨이브 모델은 모든 세 가지 충돌 시스템에서 다양한 입자 종류와 중심도 밴드에서 실험적 횡방향 운동량 스펙트럼을 잘 기술한다.