[논문 리뷰] Charmonium Production at the SPS

D. E. Kahana, S. Kahana|arXiv (Cornell University)|1998. 10. 23.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 SPS에서의 중이온 충돌에서 J/ψ 및 케이론늄 생성을 설명하는 전통적이고 준강입자 모델을 제시한다. 특히 S+U at 200 GeV/c에서의 NA38 및 Pb+Pb at 158 GeV/c에서의 NA50 실험을 분석한다. 관측된 Pb+Pb에서의 비정상적 억제 현상은 세 가지 요인—초기상태의 나이론-나이론 캐스케이드 효과, 느슨하게 결합된 상태인 Χ 및 ψ′에서의 붕괴를 강화하는 연계 채널 역학, 그리고 최종상태의 공행자 상호작용—덕분에 설명되며, 양성자-구름 플라즈마 서명이 필요 없이 실험 데이터를 성공적으로 기술한다.

ABSTRACT

We reexamine the production of J/Psi and other charmonium states for a variety of target-projectile choices at the SPS, in particular for the interesting comparison between S+U at 200 GeV/c and Pb+Pb at 158 GeV/c as observed in the experiments NA38 and NA50 respectively. The result is a description of the NA38 and NA50 data in terms of a conventional, quasi-hadronic picture. The apparently anomalous suppression found in the most massive Pb+Pb system arises in the present simulation from three sources: destruction in the initial nucleon-nucleon cascade phase, use of coupled channels to exploit the larger breakup in the less bound Chi and Psi' states, and comover interaction in the final low energy phase.

연구 동기 및 목표

• SPS에서 Pb+Pb 충돌에서 관측된 J/ψ 생성의 비정상적 억제를 설명하기 위해.
• 탈구속화가 아니라 전통적 강입자 메커니즘이 데이터를 설명할 수 있는지 평가하기 위해.
• 동일한 이론적 프레임워크 내에서 S+U(NA38) 및 Pb+Pb(NA50) 시스템의 억제 패턴을 비교하기 위해.
• 약하게 결합된 케이론늄 상태(예: Χ, ψ′)가 연계 채널 효과를 통해 붕괴를 강화하는 역할을 조사하기 위해.
• 관측된 억제에 기여하는 초기상태 및 최종상태 상호작용의 상대 기여도를 결정하기 위해.

제안 방법

• 핵-핵 충돌에서 케이론늄 생성과 흡수를 시뮬레이션하기 위해 준강입자 운동론 모델을 채택한다.
• 조밀한 핵물질에서의 조기 흡수를 고려하기 위해 나이론-나이론 캐스케이드 단계를 이용해 초기상태 상호작용을 모델링한다.
• 중간상태에서의 붕괴를 기술하기 위해 연계 채널 역학을 구현하여, 특히 약하게 결합된 상태인 Χ 및 ψ′에서의 붕괴를 설명한다.
• 저에너지 강입자와의 최종상태 공행자 상호작용을 포함하여 최종상태 흡수를 시뮬레이션한다.
• 중간상 수정을 포함한 운동론적 접근을 사용하여 J/ψ 및 기타 케이론늄 상태의 생존 확률을 계산한다.
• NA38(S+U) 및 NA50(Pb+Pb)의 실험 데이터를 校정하여 관측된 억제 패턴을 재현한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SPS에서 Pb+Pb 충돌에서의 비정상적 J/ψ 억제는 양성자-구름 플라즈마의 단계 전이가 아니라 전통적 강입자 상호작용으로 설명될 수 있는가?
• RQ2 초기상태 나이론-나이론 캐스케이드는 중이온 충돌에서 케이론늄 억제에 어떤 기여를 하는가?
• RQ3 연계 채널 효과는 얼마나 강하게 약하게 결합된 케이론늄 상태인 Χ 및 ψ′의 붕괴를 강화하는가?
• RQ4 최종상태 공행자 상호작용은 J/ψ 수율 억제에 얼마나 중요한가?
• RQ5 유사한 질량 중심계 에너지를 가진 S+U와 비교해 Pb+Pb에서 억제가 더 강한 이유는 무엇인가?

주요 결과

• 모델은 S+U(NA38) 및 Pb+Pb(NA50) 실험의 J/ψ 억제 데이터를 전통적 강입자 프레임워크를 사용하여 성공적으로 재현한다.
• Pb+Pb에서의 명백한 비정상적 억제는 주로 초기상태 캐스케이드, 약하게 결합된 상태에서의 연계 채널 붕괴, 최종상태 공행자 상호작용의 병합 효과로 설명된다.
• 연계 채널의 포함은 Χ 및 ψ′ 상태의 붕괴를 크게 증가시켜 전체 억제 패턴에 기여한다.
• 최종상태 공행자 상호작용은 특히 충돌의 저에너지 후반 단계에서 억제의 주요 기여 요소로 밝혀졌다.
• 모델은 Pb+Pb에서 S+U보다 더 높은 억제가 발생하는 이유가 새로운 탈구속화 메커니즘이 아니라 더 많은 나이론과 공행자 수 때문임을 보여준다.
• 결과는 관측된 억제가 양성자-구름 플라즈마로의 단계 전이가 필요하지 않음을 시사하며, J/ψ 억제가 탈구속화의 서명으로 간주되는 것에 도전한다.