[논문 리뷰] Production of K$^{*}(892)^{0}$ and $\phi(1020)$ in pp and Pb-Pb collisions at $\sqrt{s_{ m NN}} = 5.02$ TeV

S. Acharya, D. Adamová외 1033명|arXiv (Cornell University)|2022. 01. 01.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 60인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 LHC의 ALICE 검출기에서 $√{s_{NN}} = 5.02$ TeV에서의 pp 및 Pb–Pb 충돌에서 짧은 수명을 가진 K$^{*}(892)^0$와 긴 수명을 가진 $φ(1020)$ 메손의 생성을 측정한다. 중심부 Pb–Pb 충돌에서 분해 생성물의 재산란으로 인해 K$^{*}(892)^0$ 생성물의 억제가 관측되며, $φ(1020)$는 억제 없이 나타나며, 고형량 운동량에서 둘 다 유사한 핵물질 수정 인자(RAA)를 보이며, 쿼크-글루온 플라즈마 내 에너지 손실과 일관된다.

ABSTRACT

The production of K$^{*}(892)^{0}$ and $\phi(1020)$ mesons in proton-proton (pp) and lead-lead (Pb-Pb) collisions at $\sqrt{s_\mathrm{NN}} = 5.02$ TeV has been measured using the ALICE detector at the Large Hadron Collider (LHC). The transverse momentum ($p_{\mathrm{T}}$) distributions of K$^{*}(892)^{0}$ and $\phi(1020)$ mesons have been measured at midrapidity $(|y|<0.5)$ up to $p_{\mathrm{T}} = 20$ GeV$/c$ in inelastic pp collisions and for several Pb-Pb collision centralities. The collision centrality and collision energy dependence of the average transverse momenta agree with the radial flow scenario observed with stable hadrons, showing that the effect is stronger for more central collisions and higher collision energies. The $\mathrm{K^{*0}/K}$ ratio is found to be suppressed in Pb-Pb collisions relative to pp collisions: this indicates a loss of the measured K$^{*}(892)^{0}$ signal due to rescattering of its decay products in the hadronic phase. In contrast, for the longer-lived $\phi(1020)$ mesons, no such suppression is observed. The nuclear modification factors ($R_{ m AA}$) of K$^{*}(892)^{0}$ and $\phi(1020)$ mesons are calculated using pp reference spectra at the same collision energy. In central Pb-Pb collisions for $p_{ m T} > 8$ GeV$/c$, the $R_{ m AA}$ values of K$^{*}(892)^{0}$ and $\phi(1020)$ are below unity and observed to be similar to those of pions, kaons, and (anti)protons. The $R_{ m AA}$ values at high $p_{\mathrm T}$ for K$^{*}(892)^{0}$ and $\phi(1020)$ mesons are in agreement within uncertainties for $\sqrt{s_\mathrm{NN}} = 5.02$ and 2.76 TeV.

연구 동기 및 목표

• 고에너지 pp 및 Pb–Pb 충돌에서 $√{s_{NN}} = 5.02$ TeV 조건에서 K$^{*}(892)^0$와 $φ(1020)$ 메손의 생성 역학을 조사하기 위해.
• 다른 수명을 가진 공명체를 이용해 중간기의 강입자 상호작용과 재구성 효과를 탐색하기 위해.
• 횡방향 운동량 스펙트럼과 핵물질 수정 인자(또는 RAA)를 통해 라디얼 플로우와 파arton 에너지 손실의 에너지 및 중심성 의존성을 검토하기 위해.
• 짧은 수명과 긴 수명을 가진 이상한 공명체의 행동을 비교함으로써 쿼크-글루온 플라즈마와 강입자 매질의 특성을 제약하기 위해.

제안 방법

• 비탄성 pp 및 여러 수준의 Pb–Pb 중심성 범주에서 중간속도 영역 (|y| < 0.5) 에서 K$^{*}(892)^0$ 및 $φ(1020)$ 메손의 횡운동량(pT) 분포를 측정한다.
• 두 메손의 핵물질 수정 인자(RAA)를 계산하기 위해 동일 에너지의 pp 충돌 데이터를 기준 스펙트럼으로 사용한다.
• 고정 질량 재구성 및 피크 피팅 기법을 적용하여 K$^{*}(892)^0$ 및 $φ(1020)$ 붕괴를 그 붕괴 생성물(예: Kπ는 K$^{*}(892)^0$에 해당, K$\bar{K}$는 $φ(1020)$에 해당)로부터 식별한다.
• 피오닉, 카이온, 프로톤의 pT 스펙트럼을 함께 피팅하여 블라스트 웨이브 파rameter를 추출하고, 이를 공명 데이터와 비교한다.
• 평균 횡운동량 ⟨pT⟩ 및 수익률 비율(K$^{*0}$/K 및 φ/K)을 계산하여 라디얼 플로우 및 매질 효과를 연구한다.
• 이전의 2.76 TeV 측정 결과와 비교하여 $√{s_{NN}} = 5.02$ TeV에서의 에너지 의존성을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 K$^{*}(892)^0$와 $φ(1020)$ 메손의 생성은 $√{s_{NN}} = 5.02$ TeV에서 Pb–Pb 충돌의 중심성에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ2 중심부 Pb–Pb 충돌에서 K$^{*}(892)^0$ 수익률은 pp 충돌에 비해 얼마나 억제되는가? 이는 강입자 상호작용 단계에서의 재산란에 대해 어떤 의미를 갖는다?
• RQ3 고pT 영역에서 K$^{*}(892)^0$와 $φ(1020)$ 메손의 핵물질 수정 인자(RAA)는 피오닉 및 카이온과 같은 경량 하드론과 유사한 에너지 손실 행동을 보이는가?
• RQ4 ⟨pT⟩에서 유추되는 라디얼 플로우 효과는 충돌 에너지 및 중심성에 따라 어떻게 변화하며, 다양한 공명체 간에 일관된가?
• RQ5 이러한 공명체에 대해 $√{s_{NN}} = 5.02$ TeV와 2.76 TeV 간의 RAA 에너지 의존성에 측정 가능한 차이가 있는가?

주요 결과

• K$^{*}(892)^0$ 및 $φ(1020)$ 메손의 평균 횡운동량 ⟨pT⟩는 중심성과 에너지가 증가함에 따라 증가하며, $√{s_{NN}} = 5.02$ TeV에서 중심부 Pb–Pb 충돌에서 더 강한 라디얼 플로우가 발생함을 일관되게 나타낸다.
• 중심부 Pb–Pb 충돌에서 K$^{*}(892)^0$/K 수익률 비율은 pp에 비해 억제되어 있으며, 이는 강입자 매질 내에서 붕괴 생성물의 상당한 재산란이 일어나고 있음을 시사한다.
• 반면, $φ(1020)$/K 수익률 비율은 Pb–Pb 충돌에서 억제되지 않으며, 더 긴 수명을 가진 $φ(1020)$ 메손이 최종 상태 상호작용에 덜 영향을 받는다는 것을 확인한다.
• 고pT (> 8 GeV/c) 영역에서 중심부 Pb–Pb 충돌에서 K$^{*}(892)^0$ 및 $φ(1020)$ 메손의 핵물질 수정 인자(RAA)는 1 미만이며, 피오닉, 카이온 및 (반)프로톤과 일치하여 매질 내에서 파arton 에너지 손실이 발생하고 있음을 나타낸다.
• K$^{*}(892)^0$ 및 $φ(1020)$ 메손의 고pT 영역에서 RAA 값은 $√{s_{NN}} = 5.02$ TeV와 2.76 TeV 간에 불확도 범위 내에서 일치하며, 이 에너지 범위에서 유사한 에너지 손실 역학이 존재함을 시사한다.