[논문 리뷰] Beam-energy and system-size dependence of the space-time extent of the pion emission source produced in heavy ion collisions

A Adare, S. Afanasiev외 620명|arXiv (Cornell University)|2014. 10. 09.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 15

한 줄 요약

이 논문은 다양한 비례 에너지에서 Cu+Cu 및 Au+Au 충돌에서의 이중 펄서 간섭측정을 통해 공간-시간 소스 반경(R_out, R_side, R_long)을 추출하여, 횡방향 질량과 질량중심 에너지에 따른 의존성을 연구한다. 주요 결과로는 R²_out - R²_side 및 (R_side - √2 R̄)/R_long의 비단조적 √s_NN 의존성이 관찰되어, 상태방정식의 가장 연약한 지점 근처의 궤적과 QCD 상진단계도의 임계점에 가까이 있을 가능성을 시사한다.

ABSTRACT

Two-pion interferometry measurements are used to extract the Gaussian radii $R_{ m out}$, $R_{ m side}$, and $R_{ m long}$, of the pion emission sources produced in Cu$+$Cu and Au$+$Au collisions at several beam collision energies $\sqrt{s_{_{NN}}}$ at PHENIX. The extracted radii, which are compared to recent STAR and ALICE data, show characteristic scaling patterns as a function of the initial transverse size $\bar{R}$ of the collision systems and the transverse mass $m_T$ of the emitted pion pairs, consistent with hydrodynamiclike expansion. Specific combinations of the three-dimensional radii that are sensitive to the medium expansion velocity and lifetime, and the pion emission time duration show nonmonotonic $\sqrt{s_{_{NN}}}$ dependencies. The nonmonotonic behaviors exhibited by these quantities point to a softening of the equation of state that may coincide with the critical end point in the phase diagram for nuclear matter.

연구 동기 및 목표

• 중이온 충돌에서 펄서 방출 소스의 공간-시간 범위가 비례 에너지와 시스템 크기에 어떻게 의존하는지 조사하기 위해.
• 다양한 √s_NN 및 시스템 크기(Au+Au, Cu+Cu)에서 이중 펄서 간섭측정 데이터로부터 HBT 반경(R_out, R_side, R_long)을 추출하기 위해.
• 방출 지속 시간과 팽창 속도를 탐색하기 위해 횡방향 질량(m_T)과 평균 반경(R̄)에 대한 HBT 반경의 척도 행동을 검토하기 위해.
• 방출 역학에 민감한 유도된 양상의 비단조적 √s_NN 의존성을 식별하여 QCD 임계점에 가까이 있을 가능성을 탐색하기 위해.
• RHIC에서의 m_T 범위를 확장하고, 일致성과 QCD 물질 진화에 대한 통찰을 얻기 위해 STAR 및 ALICE 결과와 비교하기 위해.

제안 방법

• 다양한 비례 에너지(√s_NN = 7.7, 13.7, 19.6, 2700, 5000 GeV)에서 측정된 Cu+Cu 및 Au+Au 충돌의 펄서 상관함수에 대해 이중 펄서 간섭측정을 적용하였다.
• 상관함수에서 3차원 HBT 반경 R_out, R_side, R_long를 추출하기 위해 가우시안 소스 매개변수화를 사용하였다.
• HBT 반경의 m_T 의존성을 분석하여 척도 패턴, 특히 방출 지속 시간과 팽창 역학을 반영하는 1/√m_T 행동을 식별하였다.
• 위치-운동량 상관관계를 최소화하기 위해 고정된 m_T = 0.26 GeV/c²에서 유도된 양상 R²_out - R²_side 및 (R_side - √2 R̄)/R_long를 계산하였다.
• 이러한 유도된 양상의 √s_NN 의존성을 중심성 및 시스템 크기에 따라 연구하였으며, STAR 및 ALICE 데이터와의 비교를 수행하였다.
• 피팅 절차 및 중심성 선택에 기인한 체계적 불확실성을 평가하고 최종 결과에 포함시켰다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다양한 비례 에너지와 시스템 크기에서 HBT 반경 R_out, R_side, R_long는 횡방향 질량 m_T에 대해 어떻게 척도가 되는가?
• RQ2 유도된 양상 R²_out - R²_side 및 (R_side - √2 R̄)/R_long의 √s_NN 의존성은 무엇이며, 이는 방출 지속 시간과 팽창 속도에 대해 무엇을 드러내는가?
• RQ3 이러한 유도된 양상의 √s_NN 의존성에서 비단조적 패턴은 QCD 상태방정식의 가장 연약한 영역을 통과하는 궤적을 시사하는가?
• RQ4 관측된 척도 행동과 비단조적 행동은 QCD 상진단계도의 임계점(CEP)과 연결될 수 있는가?
• RQ5 PHENIX 결과는 전체 √s_NN 범위에서 기존의 STAR 및 ALICE 데이터와 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• HBT 반경은 모든 비례 에너지와 시스템 크기에서 특징적인 1/√m_T 척도 행동을 보이며, 유체역학적 기대와 일치하여 공통된 방출 메커니즘을 시사한다.
• R²_out - R²_side는 √s_NN 의 비단조적 의존성을 보이며, 약 √s_NN ≈ 19.6 GeV에서 최대값을 보이며, 이 에너지에서 방출 지속 시간이 최대임을 시사한다.
• (R_side - √2 R̄)/R_long 비율도 √s_NN 의 비단조적 경향을 보이며, 약 √s_NN ≈ 19.6 GeV에서 팽창 속도가 최대임을 나타낸다.
• 이러한 비단조적 패턴은 상태방정식의 가장 연약한 영역을 통과하는 궤적과 일치하며, QCD 임계점에 가까이 있을 가능성을 시사한다.
• PHENIX 데이터는 RHIC에서의 m_T 측정 범위를 확장하였으며, STAR 및 ALICE 데이터와 양호한 일致성을 보이며 관측된 척도 행동과 경향에 대한 신뢰도를 높였다.
• 결과는 시스템이 상태방정식의 가장 연약한 지점 근처에서 상당한 시간을 보낸다는 것을 시사하며, 이는 QCD 상진단계도의 임계점일 가능성을 시사하지만, 이 연결성을 확인하기 위해 추가 연구가 필요하다.