[논문 리뷰] Identified particle spectra in Pb-Pb and p-Pb collisions with a modified Tsallis blast-wave model

Gur R, Jin-Biao Gu외 2명|arXiv (Cornell University)|2020. 10. 28.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 전단 속도 프로파일을 소스 반경에서 분리시켜 Pb-Pb 및 p-Pb 충돌에서 √sNN = 2.76 및 5.02 TeV에서의 특정 입자 스펙트럼을 향상된 적합성으로 기술할 수 있는 수정된 타살리스 폭발파동 모델(mTBW)을 제안한다. 모델은 3 GeV/c 이하의 입자 스펙트럼을 성공적으로 기술하며, 중심도가 증가함에 따라 반경 방향 유동이 증가하고 비광범위성 파라미터(q)가 감소함을 보여주어 중심 충돌에서 더 강한 팽창과 더 낮은 체계 비평형 상태를 나타낸다.

ABSTRACT

With the recipe of the Tsallis-blast wave (TBW) model, we propose a modified version (mTBW) in which the transverse velocity profile does not depend on the radius of the emitting source. A combined fit is performed to the transverse momentum spectra of identified hadrons at a given centrality in Pb-Pb (Pb-Pb, p-Pb) collisions at $\sqrt{s_{ m NN}}=$ 2.76 (5.02, 5.02) TeV with this modified model. It is found that the mTBW model can describe the particle spectra well up to 3 GeV/c. Moreover, we observe that the transverse flow velocity increases with centrality while the non-extensive parameter $q$ shows the opposite trend, indicating a more rapid expansion and less off-equilibrium of the system in central collisions. In addition, to check whether there is a possible early kinetic freeze-out of hadrons containing strange valence quarks at the LHC, the particle spectra are investigated by grouping them into strange and non-strange hadrons. The spectra of deuterons and $^{3} m He$ in Pb-Pb (p-Pb) collisions at 2.76 (5.02) TeV are also investigated in the framework of the mTBW model. The combined fit can provide insight on the degree of non-equilibrium, the radial flow and the temperature of the system at the kinetic freeze-out. Its usefulness lies in the ability to compare the results at different energies in the same colliding system and the results in different colliding systems at the same energy.

연구 동기 및 목표

• 수정된 타살리스 폭발파동 모델(mTBW)을 개발하여 전단 속도 프로파일의 소스 반경 의존성을 제거함으로써 스펙트럼 적합을 향상시키는 것.
• √sNN = 2.76 및 5.02 TeV에서 Pb-Pb 및 p-Pb 충돌의 특정 입자 전단 운동량 스펙트럼을 통합적으로 적합하는 것.
• 반경 방향 유동 속도와 비광범위성 파라미터 q 가 중심도에 따라 어떻게 변화하는지 분석하여 체계의 비평형성과 팽창 역학을 탐구하는 것.
• 이상한 쿼크를 포함한 입자 스펙트럼을 비이상한 입자 스펙트럼과 비교하여 이른 시기의 운동적 동결-아웃 가능성을 검토하는 것.
• 경량 핵(데우테론, ³He)으로 모델을 확장하여 동결-아웃 조건의 시스템 간 및 에너지 간 비교를 가능하게 하는 것.

제안 방법

• 전단 속도가 발열 소스 반경에 영향을 받지 않는 수정된 타살리스 폭발파동 모델(mTBW)을 도입하여 속도 프로파일을 단순화하는 것.
• √sNN = 2.76 및 5.02 TeV에서 Pb-Pb 및 p-Pb 충돌의 특정 입자(수소, 히드로겐, 킬론, 데우테론, ³He 포함)의 전단 운동량 스펙트럼에 mTBW 모델을 적용하는 것.
• 다양한 입자 종류와 중심도에 걸쳐 통합 적합을 수행하여 동결-아웃 파라미터인 온도, 반경 방향 유동 속도, 비광범위성 파라미터 q 를 추출하는 것.
• 입자를 이상한 및 비이상한 입자로 그룹화하여 이상한 쿼크를 포함한 입자의 이른 시기 운동적 동결-아웃 가능성을 검증하는 것.
• 모델을 사용하여 운동적 동결-아웃 시 반경 방향 유동과 온도 파라미터를 추출하여 다양한 충돌 시스템과 에너지 간 일관된 비교를 가능하게 하는 것.
• 모델이 3 GeV/c 이하의 중간 운동량 영역에서 스펙트럼을 신뢰성 있게 기술할 수 있도록 검증하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 수정된 타살리스 폭발파동 모델은 기존의 표준 TBW 모델에 비해 특정 입자 스펙트럼 기술에 어떤 방식으로 향상되는가?
• RQ2 Pb-Pb 및 p-Pb 시스템에서 반경 방향 유동 속도와 비광범위성 파라미터 q 는 중심도에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ3 이상한 쿼크를 포함한 입자 스펙트럼의 차이를 바탕으로 이른 시기 운동적 동결-아웃의 증거가 있는가?
• RQ4 mTBW 모델은 중성자 및 헬륨-3와 같은 경량 핵의 스펙트럼을 어느 정도 잘 기술할 수 있는가?
• RQ5 mTBW 모델은 다양한 충돌 시스템과 중심질량 에너지 간의 동결-아웃 조건을 일관되게 비교하는 데 기여할 수 있는가?

주요 결과

• mTBW 모델은 √sNN = 2.76 및 5.02 TeV에서 Pb-Pb 및 p-Pb 충돌의 특정 입자 전단 운동량 스펙트럼을 3 GeV/c 이하에서 성공적으로 기술한다.
• 중심도가 증가할수록 반경 방향 유동 속도가 증가하여 중심 충돌에서 더 강한 집단적 팽창을 나타낸다.
• 비광범위성 파라미터 q 는 중심도가 증가함에 따라 감소하며, 중심 사건에서 체계의 비평형성이 감소하고 팽창 속도가 빨라짐을 시사한다.
• 이상한 입자 스펙트럼은 비이상한 입자 스펙트럼과 유의미한 차이를 보이지 않아 이상한 쿼크를 포함한 입자에 대한 이른 시기 운동적 동결-아웃의 강한 증거는 없다.
• 모델은 다양한 충돌 시스템과 에너지 간에 일관되고 비교 가능한 동결-아웃 파라미터를 제공하여 시스템 간 분석 능력을 향상시킨다.
• mTBW 모델은 데우테론 및 ³He와 같은 경량 핵의 스펙트럼을 효과적으로 기술하여 복합 입자에 대한 적용 가능성을 뒷받침한다.