[논문 리뷰] Hadrons from Coalescence plus Fragmentation in AA collisions from RHIC to LHC energy

Vincenzo Minissale, Francesco Scardina외 1명|arXiv (Cornell University)|2015. 02. 22.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 1인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 RHIC 에너지에서 개발된 원래의 공융합 + 분열 모델을 LHC 에너지까지 확장하여, 양성자 $p_T$ 스펙트럼과 바리온 대 메손 비율을 기술한다. 몬테카를로 방법을 사용하여 반경방향 유동, 3차원 기하학, 그리고 공명 붕괴를 고려한 모델은 공융합 매개변수 조정 없이도 $\pi$, $K$, $p$, $\bar{p}$, $\Lambda$, $\phi$의 $p_T$ 스펙트럼을 10 GeV까지 성공적으로 예측하며, 데이터와 양호한 일치를 보인다. 다만 $p_T \sim 6$ GeV에서 바리온 수율은 약간 과소평가된다.

ABSTRACT

In a coalescence plus independent fragmentation approach we calculate the $p_T$ spectra of the main hadrons: $π, K, p, \bar p, Λ, ϕ$ in a wide range of transverse momentum from low $p_T$ up to about 10 GeV. The approach in its main features was developed several years ago at RHIC energy. Augmenting the model with the inclusion of some more main resonance decays, we show that the approach correctly predicts the evolution of the $p_T$ spectra from RHIC to LHC energy and in particular the baryon-to-meson ratios $p/π,\bar p/π,Λ/K$ that reach a value of the order of unit at $p_T \sim 3\, m GeV$. This is achieved without any change of the coalescence parameters. The more recent availability of experimental data up to $p_T \sim 10 m\, GeV$ for $Λ$ spectrum as well as for $p/π$ and $Λ/K$ shows some lack of yield in a limited $p_T$ range around 6 GeV. This indicates that the baryons $p_T$ spectra from AKK fragmentation functions are too flat at $p_T\lesssim 8 \, m GeV$. We also show that in a coalescence plus fragmentation approach one predicts a nearly $p_T$ independent $p/ϕ$ ratio up to $p_T \sim 4 m\, GeV$ followed by a significant decrease at higher $p_T$. Such a behavior is driven by a similar radial flow effect at $p_T< 2 \, m GeV$ and the dominance of fragmentation for $ϕ$ at larger $p_T$.

연구 동기 및 목표

• 공융합 + 분열 모델이 RHIC에서 성공적이었음을 감안할 때, 이 모델이 LHC 에너지에서 양성자 $p_T$ 스펙트럼과 바리온 대 메손 비율을 기술할 수 있는지 테스트하는 것.
• 10 GeV까지의 높은 $p_T$ 영역에서 새로운 실험 데이터가 가용한 상황에서, 모델의 예측이 높은 $p_T$ 영역에서도 유효한지 조사하는 것.
• 반경방향 유동과 공명 붕괴가 다양한 에너지 범위에서 $p_T$ 스펙트럼과 비율을 어떻게 형성하는지 평가하는 것.
• 특히 중간 $p_T$ 영역에서 바리온에 대해 분열 성분의 잠재적 한계를 규명하는 것.

제안 방법

• 모델은 3차원 공간 기하학과 반경방향 유동 상관관계를 포함한 파arton의 쿼크 공융합을 시뮬레이션하기 위해 몬테카를로 방법을 사용한다.
• 낮은 $p_T$ 영역에서는 온도 ≈ 160 MeV에서 지수 분포를 사용하여 파arton 스펙트럼을 모델링하고, 반경방향 유동을 고려한다. 고 $p_T$ 영역에서는 제트 끄는 효과로부터 유도된 파wr-법 스펙트럼을 사용한다.
• 특히 낮은 $p_T$ 영역에서 중요한 피드다운 기여를 반영하기 위해 공명 붕괴를 포함한다.
• 분열 성분은 고 $p_T$ 파arton의 수형화를 기술하기 위해 독립적인 분열 함수(예: AKK)를 사용한다.
• 공융합 매개변수 $\Delta_p$ 는 메손과 바리온 모두에 대해 RHIC에서 LHC로 이식되며, 재피팅 없이도 진정한 예측이 가능하다.
• 모델은 $\sqrt{s} = 2.76$ ATeV에서의 Pb+Pb 및 $\sqrt{s} = 200$ AGeV에서의 Au+Au에 적용되어 실험 데이터와 비교된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 RHIC에서 校정된 공융합 + 분열 모델이, 재조정 없이 LHC 에너지에서 $\pi$, $K$, $p$, $\bar{p}$, $\Lambda$, $\phi$의 $p_T$ 스펙트럼을 정량적으로 예측할 수 있는가?
• RQ2 모델이 $p_T \sim 10$ GeV까지의 바리온 대 메손 비율인 $p/\pi$ 및 $\Lambda/K$를 정확히 기술하는가? 특히 $p_T \sim 3$ GeV 근처에 나타나는 피크를 어떻게 설명하는가?
• RQ3 LHC에서 $p_T \sim 6$ GeV 근처에서 바리온 수율에 약간의 부족이 관찰되는 이유는 무엇이며, 이는 독립적 분열 접근법의 한계를 시사하는가?
• RQ4 반경방향 유동은 낮은 $p_T$ 영역에서 관측된 $p_T$-불변의 $p/\phi$ 비율과 고 $p_T$ 영역에서의 그 후 급격한 감소에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 모델이 LHC에서 성공을 거두는 것은, 다양한 에너지 범위에서 쿼크 공융합이 주요 수형화 메커니즘임을 뒷받침하는가?

주요 결과

• 공융합 매개변수 조정 없이도, 모델은 LHC 에너지에서 $\pi$, $K$, $p$, $\bar{p}$, $\Lambda$, $\phi$의 $p_T$ 스펙트럼을 낮은 $p_T$ 에서부터 10 GeV까지 성공적으로 예측한다.
• $p/\pi$, $\bar{p}/\pi$, $\Lambda/K$ 비율은 $p_T \sim 3$ GeV에서 단위 수준에 도달하며, 실험 데이터와 뛰어난 일치를 보인다.
• $p/\phi$ 비율은 $p_T \sim 4$ GeV까지 거의 $p_T$-불변이며, 이후 고 $p_T$ 영역에서 급격히 감소한다. 이는 낮은 $p_T$ 영역에서 반경방향 유동의 영향과 고 $p_T$ 영역에서 $\phi$의 분열 지배가 원인이다.
• $p_T \sim 6$ GeV 근처에서 바리온 수율에 부족이 관찰되며, 이는 AKK 분열 함수가 특히 바리온에 대해 너무 딱딱한 스펙트럼을 생성하기 때문임을 시사한다.
• 모델이 LHC에서 성공한 것은 반경방향 유동과 쿼크 공융합이 양성자 스펙트럼을 형성하는 데 기여하며, RHIC에서 관측된 바리온 강화 및 $v_2$ 패tern을 설명하는 데 기여함을 뒷받침한다.
• 결과는 $p_T \sim 6$ GeV에서 수율 부족을 해결하기 위해 매개체 내 분열 효과가 필요하다는 것을 시사하며, 최근의 샤워 재결합 모델과 일치한다.