[논문 리뷰] Analysis of effective temperature and kinetic freeze-out volume in high energy nucleus-nucleus and proton-proton collisions

M. Waqas, F. H. Liu외 2명|arXiv (Cornell University)|2020. 01. 19.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 RHIC 및 LHC에서의 고에너지 핵-핵 및 양성자-양성자 충돌에서의 횡방향 운동량 스펙트럼을 다성분 표준 분포를 사용하여 분석하여 질량에 따라 달라지는 운동적 동결-아웃 행동을 규명한다. 무거운 입자가 가벼운 입자보다 먼저 동결-아웃되며, 이는 각각의 운동적 동결-아웃 부피가 다름을 의미한다. 또한 동일한 √sNN에서의 비중심부 AA 및 pp 충돌 간에 효과적 온도가 거의 동일한 것으로 관측된다.

ABSTRACT

The transverse momentum spectra of different types of particles produced in central and peripheral gold-gold (Au-Au) and (inelastic) proton-proton ($pp$) collisions at the Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), as well as in central and peripheral lead-lead (Pb-Pb) and $pp$ collisions at the Large Hadron Collider (LHC) are analyzed by the standard distribution in terms of multi-component. The obtained results from the standard distribution give an approximate agreement with the measured experimental data by the STAR, PHENIX and ALICE Collaborations. The methodical behavior of the effective temperature and kinetic freeze-out volume with the mass dependence for different particles is obtained, which observes the early kinetic freeze-out of heavier particles as compared to the lighter particles. Furthermore, the kinetic freeze-out volumes for different particles are observed to be different, which reveals a direct signature of the mass dependent differential kinetic freeze-out. It is also observed that the peripheral nucleus-nucleus ($AA$) and $pp$ collisions at the same center-of-mass energy per nucleon pair are almost equivalent in terms of the extracted effective temperature.

연구 동기 및 목표

• 고에너지 핵-핵 및 양성자-양성자 충돌에서 운동적 동결-아웃의 질량 의존성을 조사하기 위해.
• 효과적 온도와 운동적 동결-아웃 부피가 입자 질량에 따라 체계적으로 변화하는지 확인하기 위해.
• 동일한 질량 중심 에너지에서 비중심부 핵-핵과 양성자-양성자 충돌 간의 동결-아웃 특성을 비교하기 위해.
• STAR, PHENIX, ALICE 실험 데이터를 기반으로 다성분 표준 분포의 예측 정확도를 검증하기 위해.
• 다른 입자 종류 간에 질량에 따라 달라지는 운동적 동결-아웃의 징후를 식별하기 위해.

제안 방법

• RHIC 및 LHC에서의 Au-Au, Pb-Pb, pp 충돌에서의 특정 입자 횡방향 운동량 스펙트럼에 다성분 표준 분포를 적용하여 피팅하기 위해.
• 다양한 입자 유형에 대해 피팅된 스펙트럼에서 효과적 온도와 운동적 동결-아웃 부피 파라미터를 추출하기 위해.
• 중심부 대비 비중심부 충돌 시스템 간 및 다양한 입자 질량 간에 동결-아웃 파라미터를 체계적으로 비교하기 위해.
• STAR, PHENIX, ALICE 협동작업의 실험 데이터를 활용하여 모델의 예측 정확도를 검증하기 위해.
• 효과적 온도와 동결-아웃 부피가 입자 질량과 충돌 유형에 따라 어떻게 변화하는지 분석하기 위해.
• 비중심부 AA와 pp 충돌 간에 추출된 열역학적 파라미터 측면에서의 동등성을 평가하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고에너지 핵-핵 및 양성자-양성자 충돌에서 효과적 온도가 입자 질량에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ2 경량 입자와 고형량 입자 간의 운동적 동결-아웃 부피가 얼마나 다를 수 있는가? 이는 질량에 따라 달라지는 동결-아웃을 시사하는가?
• RQ3 동일한 √sNN에서 비중심부 Au-Au와 pp 충돌 간의 효과적 온도가 통계적으로 동일한가?
• RQ4 다성분 표준 분포가 다양한 입자 종류와 충돌 시스템에서 횡방향 운동량 스펙트럼을 정확히 기술하는가?
• RQ5 데이터는 입자 질량에 따라 질량에 따라 달라지는 운동적 동결-아웃에 대한 어떤 증거를 제공하는가?

주요 결과

• 다성분 표준 분포는 STAR, PHENIX, ALICE에서 측정한 다양한 충돌 시스템에서의 횡방향 운동량 스펙트럼에 대해 양호한 피팅을 제공한다.
• 무거운 입자가 가벼운 입자보다 먼저 운동적 동결-아웃되며, 이는 질량에 따라 달라지는 동결-아웃 역학을 시사한다.
• 운동적 동결-아웃 부피는 입자 종류 간에 뚜렷하게 다름을 보이며, 이는 질량에 따라 달라지는 비균일한 운동적 동결-아웃의 직접적 증거를 제공한다.
• 동일한 질량 중심 에너지 쌍당 에너지에서 비중심부 Au-Au와 pp 충돌 간에 효과적 온도가 거의 동일하다.
• 효과적 온도와 동결-아웃 부피는 입자 질량에 따라 체계적인 경향을 보이며, 이는 비균일한 동결-아웃 조건을 지지한다.
• 관측된 행동은 고에너지 충돌에서 다양한 입자 종류 간에 비균일한 운동적 동결-아웃 과정이 존재함을 지지한다.