[논문 리뷰] Common femtoscopic hadron-emission source in pp collisions at the LHC

Acharya, Shreyasi, Adamova, Dagmar외 1065명|arXiv (Cornell University)|2023. 11. 24.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 LHC에서 √s = 13 TeV 조건 하의 고다양성 pp 충돌에서 유사한 파이온(π–π) 및 카이온-프로톤(K–p) 쌍의 펌토스코픽 상관관계를 이용하여 초기의 하드론 방출 원천을 조사한다. 공명원천모형(RSM)을 적용하여 공명 붕괴를 분리함으로써, 메손과 바리온에 대해 공통의 가우시안 초기 원천이 존재하며, π–π, K–p 및 이전에 연구된 p–p 시스템에서 mT 척도가 일관됨을 보여주어 LHC에서 소형 시스템에서의 보편적 하드론 방출에 강력한 증거를 제공한다.

ABSTRACT

The femtoscopic study of pairs of identical pions is particularly suited to investigate the effective source function of particle emission, due to the resulting Bose-Einstein correlation signal. In small collision systems at the LHC, pp in particular, the majority of the pions are produced in resonance decays, which significantly affect the profile and size of the source. In this work, we explicitly model this effect in order to extract the primordial source in pp collisions at $\sqrt{s}=13$ TeV from charged $π- π$ correlations measured by ALICE. We demonstrate that the assumption of a Gaussian primordial source is compatible with the data and that the effective source, resulting from modifications due to resonances, is approximately exponential, as found in previous measurements at the LHC. The universality of hadron emission in pp collisions is further investigated by applying the same methodology to characterize the primordial source of K$-$p pairs. The size of the primordial source is evaluated as a function of the transverse mass ($m_{ m T}$) of the pairs, leading to the observation of a common scaling for both $π- π$ and K$-$p, suggesting a collective effect. Further, the present results are compatible with the $m_{ m T}$ scaling of the p$-$p and p$-Λ$ primordial source measured by ALICE in high multiplicity pp collisions, providing additional evidence for the presence of a common emission source for all hadrons in small collision systems at the LHC. This will allow the determination of the source function for any hadron-hadron pairs with high precision, granting access to the properties of the possible final-state interaction among pairs of less abundantly produced hadrons, such as strange or charmed particles.

연구 동기 및 목표

• 고다양성 pp 충돌에서 메손-메손 및 메손-바리온 상관관계를 뒷받은 공통의 초기 하드론 방출 원천이 존재하는지 확인하는 것.
• 다양한 하드론 쌍(π–π, K–p, p–p) 간의 mT 척도를 비교하여 원천 함수의 보편성을 테스트하는 것.
• 공명 붕괴를 고려하여 RSM를 사용하여 π–π 및 K–p 상관관계로부터 초기 원천 크기를 추출하는 것.
• 메손 쌍에서 관측된 mT 척도가 바리온-바리온 시스템에서 관측된 집단 효과와 일치하는지 평가하는 것.
• 보편적 원천 모형을 통해 희귀 하드론 쌍(예: 이상 또는 쿼크가 포함된 메손)의 최종 상태 상호작용에 정밀하게 접근할 수 있도록 하는 것.

제안 방법

• ALICE 검출기 데이터에서 √s = 13 TeV 조건 하의 pp 충돌에서의 펌토스코픽 상관관계 함수를 사용한다.
• 공명원천모형(RSM)을 적용하여 효과적 원천을 가우시안 초기 원천과 공명 붕괴 기여도의 컨볼루션으로 모델링한다.
• ALICE 검출기에서 시간당 비행 거리 및 특정 에너지 손실을 이용한 입자 식별을 통해 π–π 및 K–p 쌍을 분리한다.
• 원천 함수와 최종 상태 상호작용(FSI)을 포함한 모형을 사용하여 측정된 상관관계 함수를 피팅하며, 초기 원천에 대해 가우시안 파arameterization을 사용한다.
• 고다양성 및 최소 충돌 사건에서 데이터에 적합함으로써, 쌍의 횡방향 질량(mT)에 따른 초기 원천 크기를 추출한다.
• π–π, K–p 및 p–p 시스템 간의 추출된 초기 원천의 mT 척도를 비교하여 보편성을 테스트한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 pp 충돌에서 메손의 초기 원천이 RSM가 가정한 바와 같이 가우시안 형태와 일치하는가?
• RQ2 π–π 및 K–p 쌍의 mT 척도가 이전에 측정된 p–p 시스템과 일치하는가? 이는 보편적인 방출 메커니즘을 시사하는가?
• RQ3 RSM를 통해 공명 붕괴를 고려함으로써 메손 쌍의 효과적 원천 함수를 정확히 모델링할 수 있는가?
• RQ4 메손 쌍에서 관측된 mT 척도는 바리온 시스템에서 관측된 집단 효과와 호환되는가?
• RQ5 다양한 하드론 종류 간의 초기 원천 보편성은 소형 충돌 시스템에서의 공통 방출 메커니즘을 뒷받침하는가?

주요 결과

• √s = 13 TeV 조건 하의 고다양성 pp 충돌에서 π–π 쌍의 초기 원천은 RSM의 가정과 일치하는 가우시안 형태로 잘 기술된다.
• 공명 붕괴로 인한 효과적 원천은 이전 LHC 측정과 일치하여 약간의 지수형 형태를 띤다.
• K–p 쌍의 초기 원천의 mT 척도는 π–π 및 p–p 쌍과 정량적으로 일치하며, 이는 공통의 방출 메커니즘을 시사한다.
• 메손 쌍에서 관측된 mT 척도는 고다양성 pp 충돌에서 측정된 p–p 및 p–Λ 원천의 mT 척도와 호환되며, 보편성을 강화한다.
• 결과는 LHC에서 소형 충돌 시스템 전반에 걸쳐 보편적 하드론 방출 원천 존재를 지지한다.
• 모형은 이상 또는 쿼크가 포함된 메손과 같은 희귀 하드론 쌍의 원천 함수를 보편적 원천 프레임워크를 활용하여 고정밀도로 추정할 수 있도록 한다.