[논문 리뷰] K$^0_\mathrm{S}$ and $\Lambda(\overline\Lambda)$ two-particle femtoscopic correlations in PbPb collisions at $\sqrt{{s}_{NN}}$ = 5.02 TeV

CMS Collaboration, Tumasyan, Armen외 2326명|arXiv (Cornell University)|2023. 01. 01.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 49인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 √sNN = 5.02 TeV에서 PbPb 충돌에서 ΛΛ 펌프타소픽 상관관계의 LHC 최초 측정을 제시하며, 정밀한 K⁰ₛK⁰ₛ 및 ΛK⁰ₛ 상관관계를 함께 제공한다. Lednický–Lyuboshitz 모델을 사용하여 원천 크기와 강한 상호작용 파rameter를 추출하였으며, 중심 충돌에서는 4.6 fm에서 시작하여 외곽 충돌에서는 1.6 fm로 감소하는 원천 크기를 관찰하였고, H-다이바리온 가설과 관련된 ΛΛ 산란 파arameter를 제약하였다.

ABSTRACT

Two-particle correlations are presented for K$^0_\mathrm{S}$, $\Lambda$, and $\overline\Lambda$ strange hadrons as a function of relative momentum in lead-lead collisions at a nucleon-nucleon center-of-mass energy of 5.02 TeV. The dataset corresponds to an integrated luminosity of 0.607 nb$^{-1}$ and was collected using the CMS detector at the CERN LHC. These correlations are sensitive to quantum statistics and to final-state interactions between the particles. The source size extracted from the K$^0_\mathrm{S}$K$^0_\mathrm{S}$ correlations is found to decrease from 4 to 1 fm in going from central to peripheral collisions. Strong interaction scattering parameters (i.e., scattering length and effective range) are determined from the $\Lambda$K$^0_\mathrm{S}$ and $\Lambda\Lambda$ (including their charge conjugates) correlations using the Lednick$'y$-Lyuboshitz model and are compared to theoretical and other experimental results.

연구 동기 및 목표

• √sNN = 5.02 TeV에서 PbPb 충돌에서 K⁰ₛ, Λ, 및 Λ 입자에 대한 이중입자 펌프타소픽 상관관계를 측정한다.
• 다양한 중심도 간격에서 K⁰ₛK⁰ₛ 상관관계를 통해 원천 크기를 추출한다.
• Lednický–Lyuboshitz 모델을 사용하여 ΛK⁰ₛ 및 ΛΛ 상관관계로부터 강한 상호작용 산란 파aram터(산란 길이 및 효율적 범위)를 결정한다.
• ΛΛ 상호작용 파aram터를 통해 H-다이바리온의 존재를 검증한다.
• 중성자별 모델링에 관련된 바리온-바리온 상호작용을 향상된 제약 조건으로 제시한다.

제안 방법

• 0.607 nb⁻¹의 통합 루미너스를 사용하여 √sNN = 5.02 TeV에서 PbPb 충돌에서 상대 운동량에 따라 펌프타소픽 상관관계를 측정하였다.
• LHC의 CMS 검출기에서 |η| < 3의 영역에서 고정밀도로 양성자, 광자 및 하드론을 기록하였다.
• K⁰ₛK⁰ₛ, ΛK⁰ₛ, 및 ΛΛ 상관관계는 ΛK⁰ₛ 및 ΛΛ의 경우 0–80% 중심도에서, K⁰ₛK⁰ₛ의 경우 여섯 개의 중심도 밴드(0–60%)에서 추출되었다.
• 상관관계 함수에서 원천 크기와 강한 상호작용 파aram터를 추출하기 위해 Lednický–Lyuboshitz 모델을 적용하였다.
• 모든 측정에서 전하 켤레 상태가 포함되었다(예: ΛK⁰ₛ는 ΛK⁰ₛ 및 ΛK⁰ₛ를 포함한다).
• 체계적 불확실성은 데이터 기반 방법과 시뮬레이션 기반 보정을 통해 평가되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 K⁰ₛK⁰ₛ 상관관계로부터 유추된 바에 비추어 볼 때, 중심도에 따라 PbPb 충돌에서 입자 방출 영역의 원천 크기는 어떻게 변화하는가?
• RQ2 ΛK⁰ₛ 및 ΛΛ 상호작용은 매력적인지 반발력적인지, 그리고 그 산란 파aram터는 무엇인가?
• RQ3 ΛΛ 상관관계 데이터는 스핀 0, 코어 전하 0, 스트랜드 수 S = −2인 H-다이바리온 상태의 존재를 제약할 수 있는가?
• RQ4 이 측정에서 도출된 산란 파aram터는 이론적 예측 및 이전 실험 결과와 어떻게 비교되는가?
• RQ5 K⁰ₛ 원천 크기의 중심도 의존성은 무엇이며, 이는 방출 기하학적 변화를 반영하는가?

주요 결과

• K⁰ₛ 원천 크기는 중심 충돌(0–10%)에서 4.6 fm에서 시작하여 외곽 충돌(50–60%)에서는 1.6 fm로 감소하였다.
• ΛK⁰ₛ 상관관계는 S-파 웨이브 채널에서 반발력 상호작용을 보였으며, 저에너지에서의 ALICE 결과와 일치하였다.
• ΛΛ 산란 길이는 중심도에 따라 함수로 추출되었으며, 모델 피팅에 따라 약간의 매력적 또는 반발력적 상호작용을 나타내었다.
• ΛΛ 상호작용의 효율적 범위 파aram터는 r₀ ≈ 1.8 fm로 결정되었으며, 다른 실험적 및 이론적 추정치와 일치하였다.
• 이 연구는 LHC에서 PbPb 충돌에서 ΛΛ 펌프타소픽 상관관계를 최초로 측정하였으며, 바리온-바리온 상호작용에 대한 새로운 제약 조건을 제공하였다.
• 결과는 강한 매력을 나타내는 깊이 있는 결합된 H-다이바리온 상태가 존재하지 않음을 시사하며, 산란 파aram터가 강한 매력을 나타내지 않기 때문이다.