[논문 리뷰] Measurements of Dielectron Production in Au$+$Au Collisions at $\sqrt{s_{NN}}$= 27, 39, and 62.4 GeV from the STAR Experiment

STAR Collaboration, J. Adam외 356명|arXiv (Cornell University)|2018. 10. 24.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 1인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 RHIC의 STAR 검출기로 27, 39, 및 62.4 GeV에서 중심부의 Au+Au 충돌에서 디전자온 생성을 측정한다. 결과는 0.4 < Mll < 0.75 GeV/c² 범위의 통합 이전자과잉 수확량이 충돌 입자 수밀도로 정규화된 후에도 유의미한 에너지 의존성이 없음을 보여주며, 밀도 높은 핵물질에서 ρ-보존의 넓어짐 모델과 일치하며, 이는 초순수 대칭 복원과의 연결성을 뒷받침한다.

ABSTRACT

We report systematic measurements of dielectron ($e^{\pm}e^{\pm}$) invariant-mass $M_{ee}$ spectra at mid-rapidity in Au+Au collisions at $\sqrt{s_{NN}}$ = 27, 39, and 62.4 GeV taken with the STAR detector at the Relativistic Heavy Ion Collider. For all energies studied, a significant excess yield of dielectrons is observed in the low-mass region (0.40$ &lt; M_{ee} &lt; 0.75$ MeV/$c^2$) compared to hadronic cocktail simulations at freeze-out. Models that include an in-medium broadening of the $ρ$-meson spectral function consistently describe the observed excess. In addition, we report acceptance-corrected dielectron-excess spectra for Au+Au collisions at mid-rapidity ($\left|y_{ee} ight|$ $

연구 동기 및 목표

• 강한 상호작용 물질의 성질을 탐색하기 위해 다양한 충돌 에너지에서 중심부의 Au+Au 충돌에서 디전자온 생성을 측정하기 위해.
• ρ-보존 질량 영역에서 저질량 이전자과잉(LMR)의 에너지 의존성을 조사하기 위해.
• 밀도 높고 뜨거운 핵물질에서 ρ-보존 스펙트럼 함수의 수정을 설명하는 이론 모델을 테스트하기 위해.
• 매질 수정된 이전자과잉 생성에서 초순수 대칭 복원의 역할을 평가하기 위해.
• 이전 RHIC 빔 에너지 스캔 결과와 보완되는 데이터를 제공하고, 더 높은 에너지 영역까지 커버리지 범위를 확장하기 위해.

제안 방법

• 최소한의 충돌, 0–80% 중심부의 Au+Au 충돌에서 √sNN = 27, 39, 및 62.4 GeV에서 STAR 검출기를 사용하여 데이터를 수집하였다.
• 몬테카를로 시뮬레이션을 사용하여 검출기 수용각 및 효율을 보정한 후, 디전자온의 진동 질량 스펙트럼을 재구성하였다.
• 측정된 데이터에서 인위적 ρ 붕괴를 제외한 하드론 콘셉트를 빼내어 이전자과잉 수확량을 추출하였다.
• 충돌 기하학적 특성과 중심도의 변동성을 최소화하기 위해 이자과잉 수확량을 dNch/dy(충돌 입자 수밀도)로 정규화하였다.
• 수용각 보정, 배경 추정, 검출기 해상도 등에서의 체계적 불확실성을 평가하였다.
• LMR의 에너지 의존성을 해석하기 위해 Rapp 등, Endres 등, PHSD 계산 결과와의 비교 분석을 수행하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Au+Au 충돌에서 저질량 이전자과잉이 √sNN = 27–62.4 GeV 범위에서 유의미한 에너지 의존성을 보이는가?
• RQ2 밀도 높은 매질에서 ρ-보존 넓어짐을 포함한 모델 예측과 비교할 때, ρ-보존 영역에서의 디전자온 수확량은 어떻게 되는가?
• RQ3 관측된 디전자온 과잉은 뜨겁고 밀도 높은 매질에서 초순수 대칭 복원과 일치하는가?
• RQ4 √sNN = 19.6 및 200 GeV에서 이전 측정 결과와 비교할 때, 정규화된 과잉 수확량은 어떻게 되는가?
• RQ5 핵물질 밀도와 매질 효과는 저질량 영역에서의 이전자과잉 스펙트럼 형성에 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 0.4–0.75 GeV/c² 질량 범위에서 정규화된 통합 디전자온 과잉 수확량은 √sNN = 27, 39, 및 62.4 GeV 범위에서 통계적으로 유의미한 에너지 의존성이 없음을 보였다.
• 측정된 수확량은 밀도 높은 핵물질에서 ρ-보존 넓어짐을 포함하는 모델 계산 결과와 통계적으로 일치하였다.
• 최소한의 충돌에서 √sNN = 20 GeV 이상일 경우 총 양성자 밀도가 약 일정하게 유지된다는 기대와 결과가 일치하였다.
• √sNN = 19.6 GeV에서의 이전 측정 결과와 NA60 실험에서 In+In 충돌(√sNN = 17.3 GeV)에서의 결과와 데이터가 일치하였다.
• 강한 에너지 의존성이 없음을 고려할 때, 이전자과잉 생성이 매질 효과(예: ρ-보존 스펙트럼 넓어짐)에 의해 주로 결정된다는 모델을 지지하는 바이다.
• 결과는 LMR 과잉이 주로 매질 수정 효과에 의해 주도되며, 진공 상태의 ρ 붕괴나 기타 콘셉트 기여 요인에 의해 주로 발생하지 않는다는 것을 시사한다.