[논문 리뷰] Comparison of the total charged particle multiplicity in high-energy heavy ion collisions with e+ e- and p p / anti-p p data

B. B. Back, W. Kucewicz외 66명|arXiv (Cornell University)|2003. 01. 29.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 1인용 수 18

한 줄 요약

이 연구는 고에너지 중이온 충돌(Au+Au, √sNN = 19.6–200 GeV)에서의 입자 다중도를 e⁺e⁻ 및 pp/p̄p 데이터와 비교한다. 다중도가 ∼20 GeV 이상에서 √s에 대해 일반화된 스케일링을 보이며, 에너지 기반 입자 생성과 일관되며, 참가하는 중성자 수에 대해 약간의 독립성을 보임을 발견한다. 이는 pp/p̄p 데이터보다 e⁺e⁻ 유사 다중도에 의해 지배되는 일반화된 스케일링을 지지한다.

ABSTRACT

The PHOBOS experiment at RHIC has measured the total multiplicity of primary charged particles as a function of collision centrality in Au+Au collisions at sqrt(s_NN) = 19.6, 130 and 200 GeV. Above sqrt(s_NN) ~ 20 GeV, the total multiplicity per participating nucleon pair ( / ) in central events scales with sqrt(s) in the same way as in e+e- data. This is suggestive of a universal mechanism of particle production in strongly-interacting systems, controlled mainly by the amount of energy available for particle production (per participant pair for heavy ion collisions). The same effect has been observed in pp/pbar-p data after correcting for the energy taken away by leading particles. An approximate independence of / on the number of participating nucleons is also observed, reminiscent of ``wounded nucleon'' scaling ( proportional to ), but with the constant of proportionality set by the multiplicity measured in e+e- data rather than by pp/pbar-p data.

연구 동기 및 목표

• 고에너지 중이온 충돌에서 입자 생성이 e⁺e⁻ 및 pp/p̄p 시스템에서 관찰된 일반화된 스케일링 법칙을 따르는지 조사하는 것.
• 중앙부위 Au+Au 충돌에서 참가하는 양성자 쌍당 총 음성 입자 다중도가 중심질량 에너지 √s에 따라 e⁺e⁻ 데이터와 일치하는 방식으로 스케일링되는지 확인하는 것.
• 다중도 스케일링이 參여하는 중성자 수에 의존하는지 여부를 검토하여 '손상된 중성자' 모델의 타당성을 시험하는 것.
• 일반화된 스케일링의 맥락에서 중이온 충돌의 다중도가 e⁺e⁻ 데이터보다는 pp/p̄p 데이터로 더 잘 기술되는지 탐색하는 것.

제안 방법

• RHIC의 PHOBOS 검출기로 √sNN = 19.6, 130, 200 GeV에서 Au+Au 충돌에서 총 음성 입자 다중도를 측정하였다.
• 기하학적 영향을 최소화하기 위해 중심부위 사건에 집중하여 다중도를 충돌 중심도에 따라 분석하였다.
• 참가하는 중성자 쌍당 다중도(⟨dNch/dη⟩ / Npart/2)를 e⁺e⁻ 및 pp/p̄p 충돌의 해당 값들과 비교하였다.
• 정상 입자에 의해 소실되는 에너지를 고려하기 위해 pp/p̄p 데이터에 보정을 적용하여 중이온 시스템과의 공정한 비교를 가능하게 하였다.
• 다중도가 √s 및 參여하는 중성자 수(Npart)에 따라 어떻게 의존하는지 분석함으로써 스케일링 행동을 시험하였다.
• 데이터가 '손상된 중성자' 스케일링(비례적으로 Npart에 따라)인지, 아니면 e⁺e⁻ 유사 다중도에 따라 스케일링되는지 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 중앙부위 Au+Au 충돌에서 참가하는 중성자 쌍당 총 음성 입자 다중도가 √s ~ 20 GeV 이상에서 e⁺e⁻ 충돌과 동일한 방식으로 √s에 따라 스케일링되는가?
• RQ2 정상 입자 보정을 거친 후, pp/p̄p 충돌의 다중도는 중이온 충돌의 다중도와 어떻게 비교되는가?
• RQ3 중이온 충돌의 다중도는 '손상된 중성자' 모델에서처럼 參여하는 중성자 수(Npart)에 비례하는 스케일링으로 더 잘 기술되는가?
• RQ4 일반화된 입자 생성의 맥락에서 다중도 스케일링의 비례 상수가 e⁺e⁻ 데이터에서 유래하는가, 아니면 pp/p̄p 데이터에서 유래하는가?

주요 결과

• √sNN ~ 20 GeV 이상에서, 중앙부위 Au+Au 충돌에서 참가하는 중성자 쌍당 총 음성 입자 다중도는 e⁺e⁻ 충돌과 동일한 방식으로 √s에 따라 스케일링된다.
• 정상 입자 보정을 거친 후, pp/p̄p 충돌의 다중도 역시 유사한 √s 스케일링을 보이며, 이는 입자 생성의 일반화된 메커니즘을 지지한다.
• 참가하는 중성자 수(Npart)에 비해 다중도는 약간의 독립성을 보이며, 엄격한 '손상된 중성자' 스케일링에서의 이탈을 나타낸다.
• 관측된 스케일링은 pp/p̄p 데이터보다 e⁺e⁻ 데이터에서 측정된 다중도에 의해 더 잘 기술되며, 고에너지에서 e⁺e⁻ 유사 역학이 지배적임을 시사한다.
• 데이터는 중이온 충돌에서 참가하는 중성자 쌍당 이용 가능한 에너지에 의해 주로 결정되는 일반화된 입자 생성 메커니즘을 지지한다.
• 결과는 강한 상호작용 시스템에서 입자 생성이 에너지 가용성에 의해 일반화된 방식으로 제어될 수 있으며, e⁺e⁻ 데이터가 기준 척도를 제공함을 시사한다.