[논문 리뷰] Measurements of $\pi^\pm$, $K^\pm$, $p$ and $\bar{p}$ spectra in $^7$Be+$^9$Be collisions at beam momenta from 19$A$ to 150$A$ GeV/$c$ with the NA61/SHINE spectrometer at the CERN SPS

SHINE Collaboration, A. Acharya외 141명|arXiv (Cornell University)|2020. 10. 05.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 CERN SPS의 NA61/SHINE 분광계를 사용하여 19A에서 150A GeV/c의 입사 운동량을 가진 20% 가장 중심에 가까운 7Be+9Be 충돌에서 π±, K±, p, p̄의 포함형 이중미분 스펙트럼과 평균 다중도를 고정밀도로 측정한다. 결과들은 이러한 경량 핵 충돌에서 입자 스펙트럼과 K±/π± 비율이 비탄성 p+p 상호작용과 유사하며, 수확량이 약 4배로 증가하여 상 ferromagnetic 핵 모형과 일치하며, 소형 시스템에서 저에너지 SPS 조건에서 '호른 구조'의 증거가 없음을 보여준다.

ABSTRACT

The NA61/SHINE experiment at the CERN Super Proton Synchrotron (SPS) studies the onset of deconfinement in hadron matter by a scan of particle production in collisions of nuclei with various sizes at a set of energies covering the SPS energy range. This paper presents results on inclusive double-differential spectra, transverse momentum and rapidity distributions and mean multiplicities of $π^\pm$, $K^\pm$, $p$ and $\bar{p}$ produced in the 20$\%$ most $central$ $^7$Be+$^9$Be collisions at beam momenta of 19$A$, 30$A$, 40$A$, 75$A$ and 150$A$ GeV/$c$. The energy dependence of the $K^\pm$/$π^\pm$ ratios as well as of inverse slope parameters of the $K^\pm$ transverse mass distributions are close to those found in inelastic $p$+$p$ reactions. The new results are compared to the world data on $p$+$p$ and Pb+Pb collisions as well as to predictions of the EPOS, UrQMD, AMPT, PHSD and SMASH models.

연구 동기 및 목표

• 핵 충돌 시스템과 에너지의 체계적 스캔을 통해 강입자 물질에서의 탈구속 현상의 시작을 연구하기 위해.
• NA61/SHINE 프로그램에서 가장 가벼운 핵-핵 시스템(7Be+9Be)에서 입자 스펙트럼과 비율의 거동를 조사하기 위해.
• 통계적 및 운동론적 모형이 예측하는 이상한 입자 강화와 수확량 척도화에 대해 검증하기 위해.
• 비판점 탐색에서 이소스핀 대칭, 저질량 충돌을 위한 기준 시스템으로서 7Be+9Be를 확립하기 위해.

제안 방법

• 19A, 30A, 40A, 75A, 150A GeV/c의 입사 운동량에서 20% 가장 중심에 가까운 7Be+9Be 충돌에서 π±, K±, p, p̄의 이중미분 스펙트럼(d2N/dpTdy)을 측정하였다.
• CERN SPS의 NA61/SHINE 분광계를 사용하여 시간별 도착 및 에너지 손실 측정을 통해 2차 입자를 탐지하고 식별하였다.
• 가로 운동량 및 빠르기 분포를 추출하고, 식별된 입자에 대한 평균 다중도를 계산하였다.
• 측정 결과를 NA61/SHINE의 비탄성 p+p 데이터 및 NA49의 Pb+Pb 데이터와 비교하여 시스템 크기와 에너지 의존성의 영향을 평가하였다.
• EPOS 1.99, UrQMD 3.4, AMPT 1.26, PHSD 4.0, SMASH 1.6 모형의 예측과 비교하였다.
• 모든 측정 스펙트럼과 다중도에 대해 통계적 및 체계적 오차 추정을 적용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 7Be+9Be 충돌에서 입자 스펙트럼과 K±/π± 비율이 p+p 상호작용과 유사한가? 이는 유사한 역학을 의미하는가?
• RQ2 소형 시스템에서 저에너지 SPS 조건에서 '호른 구조'가 관측되는가? 이는 중심부 Pb+Pb 충돌에서 관찰된 바와 같다.
• RQ3 측정된 수확량은 시스템 크기에 따라 어떻게 척도화되는가? 상 ferromagnetic 핵 모형 예측과 비교할 때 어떻게 되는가?
• RQ4 운동론적 및 유체역학적 모형(EPOS, UrQMD, AMPT, PHSD, SMASH)이 경량 핵 충돌에서 관측된 스펙트럼과 비율의 에너지 의존성을 얼마나 잘 재현하는가?

주요 결과

• 7Be+9Be 충돌에서 π±, K±, p, p̄의 가로 운동량 및 빠르기 분포는 연구된 모든 입사 운동량 범위에서 비탄성 p+p 상호작용과 정량적으로 유사하다.
• 7Be+9Be 충돌에서 K±/π± 비율은 비탄성 p+p 반응에서 관찰되는 에너지 의존성과 밀접하게 일치하며, 저에너지에서의 강화가 없음을 보여준다.
• 7Be+9Be 충돌에서 입자 수확량은 p+p에 비해 약 4배로 증가하며, 상 ferromagnetic 핵 모형의 예측과 일치한다.
• 저에너지 SPS 조건에서 7Be+9Be 충돌에서는 K±/π± 비율에 '호른 구조'의 증거가 관측되지 않으며, 중심부 Pb+Pb 데이터와 대조된다.
• EPOS 1.99, UrQMD 3.4, AMPT 1.26, PHSD 4.0, SMASH 1.6 모형 중 어느 것도 측정된 스펙트럼과 비율의 모든 특징을 완전히 재현하지 못한다.
• 결과들은 7Be+9Be 충돌이 NA61/SHINE 스캔에서 중간 및 대량 핵에 대한 타당한 이소스핀 대칭 기준 시스템으로 기능할 수 있음을 지지한다.