[논문 리뷰] Higher order moments of net-charge and multiplicity distributions in p+p interactions at SPS energies from NA61/SHINE

M. Maćkowiak-Pawłowska|arXiv (Cornell University)|2016. 10. 12.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 SPS 에너지(20–158 GeV/c)에서의 p+p 충돌에서 네트워크 전하 및 부정적 쿼크 히드론 다중도의 고차수 변동성에 대한 예비 결과를 제시한다. 네 번째 차수까지의 누적량을 사용하여, 네트워크 전하의 비대칭도와 첨도가 에너지에 따라 증가함을 발견하였으며, 이는 포isson 통계를 초월한 비자명한 상관관계를 시사한다. 특히 첨도는 80 GeV/c에서 1을 초과하며, 표준 통계 모델에 도전하고 임계 현상에 대한 민감성을 시사한다.

ABSTRACT

NA61/SHINE at the CERN SPS is a fixed-target experiment pursuing a rich physics program including measurements for heavy ion, neutrino and cosmic ray physics. The main goal of the ion program is to study the properties of the onset of deconfinement and to search for the signatures of the critical point. A specific property of the critical point, the increase in the correlation length, makes fluctuations its basic signal. Higher order moments of suitable observables are of special interest as they are more sensitive to the correlation length than typically studied second order moments. In this contribution preliminary results on higher order fluctuations of negatively charged hadron multiplicity and net-charge in p+p interactions are shown. The new data are compared with model predictions.

연구 동기 및 목표

• SPS 에너지에서의 p+p 충돌에서 네트워크 전하 및 부정적 쿼크 히드론 다중도 분포의 고차수 모멘트(비대칭도 및 첨도)를 조사하기 위해.
• 이 고차수 변동성이 QCD 물질에서 임계점 현상의 탐지 도구로 기능할 수 있는지 테스트하기 위해.
• 실험 결과를 통계 모델(GCE, CE) 및 운동 모델(EPOS 1.99)의 예측과 비교하기 위해.
• 가능한 임계점 근처에서 상관 길이 증가에 대한 고차수 누적량의 민감도를 평가하기 위해.
• 미래의 상대론적 입자 물리학 상도 다이어그램 연구를 위해 변동성의 에너지 의존성에 대한 새로운 데이터를 제공하기 위해.

제안 방법

• √sNN = 6.3–17.3 GeV에서의 p+p 충돌에서 부정적 쿼크 히드론 및 네트워크 전하(N+ − N−) 다중도의 이벤트별 분포를 측정하였다.
• 네 번째 차수까지의 누적량 ⟨N³⟩c, ⟨N⁴⟩c를 계산하고, 강도 있는 척도 측정치인 스케일된 분산 ω, 비대칭도 Sσ, 첨도 κσ²를 유도하였다.
• 검출기 효과, 트리거 편향, 트랙 선택, 약한 붕괴 및 제2차 상호작용에 의한 영향을 보정하기 위해 부분 표본 불확도 추정을 적용하였다.
• 통계적 불확도를 추정하기 위해 부분 표본 방법을 사용하였으며, 체계적 불확도는 선택 기준을 변화시켜 평가하였다.
• 대역통계집합(GCE), 정준집합(CE), EPOS 1.99 운동 모델의 예측과 결과를 비교하였다.
• 공명 붕괴 영향을 최소화하기 위해 네트워크 전하를 양성 및 음성 히드론 다중도의 차로 정의하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SPS 에너지에서의 p+p 상호작용에서 네트워크 전하 및 부정적 쿼크 히드론 다중도의 비대칭도와 첨도는 충돌 에너지에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ2 고차수 변동성(분산을 초월하여)은 임계점 근처에서 상관 길이 증가에 대해 증가한 민감도를 보이는가?
• RQ3 통계 모델(GCE, CE)은 관측된 고차수 변동 패턴을 어느 정도 재현하는가?
• RQ4 EPOS 1.99 모델은 네트워크 전하 및 부정적 히드론 변동성의 에너지 의존성을 잘 기술하는가?
• RQ5 데이터는 포isson 또는 독립 입자 생성 모델에서의 탈선을 보이며, 비자명한 상관관계를 시사하는가?

주요 결과

• 부정적 쿼크 히드론에 대한 스케일된 분산 ω[h⁻]는 에너지에 따라 증가하며, 40에서 80 GeV/c 사이에서 1을 초과한다. 이는 변동성이 증가하고 있음을 시사한다.
• 부정적 히드론에 대한 비대칭도 Sσ[h⁻]와 첨도 κσ²[h⁻]도 에너지에 따라 증가하며, κσ²[h⁻]는 80 GeV/c에서 1을 초과한다.
• 네트워크 전하 변동성은 ω[h⁺−h⁻]와 Sσ[h⁺−h⁻]에서 약한 에너지 의존성을 보이지만, κσ²[h⁺−h⁻]는 증가하여 80 GeV/c에서 1을 초과한다.
• EPOS 1.99 모델은 ω[h⁻], Sσ[h⁻], 네트워크 전하 ω[h⁺−h⁻]를 잘 기술하지만, κσ²[h⁻]는 과소평가하여 고차수 상관관계에서 모델의 결함이 있을 수 있음을 시사한다.
• 통계 모델(GCE 및 CE)은 고차수 모멘트의 관측된 에너지 의존성을 재현하지 못하며, 특히 κσ²에 대해 뚜렷한 실패를 보인다.
• 체계적 불확도는 이벤트 및 트랙 선택 기준을 변화시켜 평가하였으며, 통계적 불확도는 그림에서 마커 크기 이하였다.