[논문 리뷰] Thesis: Pion, Kaon, Proton and Antiproton Spectra in d+Au and p+p Collisions at $\sqrt{s_{NN}}$= 200GeV at the Relativistic Heavy Ion Collider

Lijuan Ruan|ArXiv.org|2005. 03. 23.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 3인용 수 3

한 줄 요약

이 학위논문은 RHIC에서 √sNN = 200 GeV에서 발생하는 d+Au 및 p+p 충돌에서 편재된 중간 빠르기 스펙트럼(π±, K±, p, p̄)을 제시한다. 이는 85 ps의 시간 해상도를 가진 새로운 MRPC 기반 시간도래검출기(시간도래검출기)를 사용하여 수행되었다. 주요 결과는 d+Au에서 양성자 스펙트럼이 p+p보다 훨씬 더 딱딱하다는 것이며, 중간 pT 영역에서 핵형 수정 인자 R_dAu > 1을 보이며, 이는 Au+Au 충돌에서 최종상태 효과가 초기상태 효과를 압도하고 있음을 시사한다. 이는 조밀한 매질이 파르톤 에너지 손실에 기여한다는 것을 지지한다.

ABSTRACT

Identified mid-rapidity particle spectra of $π^{\pm}$, $K^{\pm}$, and $p(\bar{p})$ from 200 GeV p+p and d+Au collisions are reported. This data were taken in 2003 run from the Solenoidal Tracker at RHIC (STAR) experiment. A time-of-flight detector based on multi-gap resistive plate chamber (MRPC) technology is used for particle identification. The intrinsic timing resolution 85 ps was achieved after the calibration. We observe that the spectra of $π^{\pm}$, $K^{\pm}$, $p$ and $\bar{p}$ are considerably harder in d+Au than those in p+p collisions. In $\sqrt{s_{_{NN}}} = 200$ GeV d+Au collisions, the nuclear modification factor $R_{dAu}$ of protons rise faster than those of pions and kaons. Besides, the particle-species dependence of the Cronin effect is observed to be significantly smaller than that at lower energies. The ratio of the nuclear modification factor ($R_{dAu}$) between $(p+\bar{p})$ and charged hadrons ($h$) in the transverse momentum range $1.2

연구 동기 및 목표

• 중간 빠르기 스펙트럼(π±, K±, p, p̄)을 측정하여 중간-무거운 이온 충돌에서 파르톤 에너지 손실의 성격을 탐구한다.
• d+Au(질량-가스상태 없음)와 Au+Au(질량-가스상태 예상됨)를 비교하여 고pT 억제 현상에서 최종상태 상호작용의 역할을 평가한다.
• 고정밀 입자 식별을 위한 콜라이더 실험에서 MRPC 기반 시간도래검출기의 활용 가능성을 검증한다.
• d+Au 충돌에서의 Cronin 효과 기원을 초기상태 대비 최종상태 모델을 비교하여 조사한다.
• Au+Au에서 관측된 양성자 강화 현상이 최종상태 효과에 기인하는지 여부를 d+Au 및 Au+Au에서의 (p+p̄)/h 비율을 비교하여 결정한다.

제안 방법

• 입자 식별을 위해 STAR의 솔레노이드 트래커(Solenoidal Tracker at RHIC)를 사용하였으며, 프로토타입 다중 갭 저항성 플레이트 챔버(MRPC) 시간도래검출 시스템을 적용하였다.
• 보정된 시간 해상도 85 ps를 확보하여, pT = 1.6 GeV/c 이하에서 π와 K를, pT = 3.0 GeV/c 이하에서 양성자를 분리할 수 있었다.
• 검출기 효율, 수용각, 배경, 매질 내 에너지 손실 등의 체계적 보정을 적용하였다.
• 최초로 콜라이더 실험에서 사용된 전용 보정 절차를 통해 MRPC 시스템을 보정하였다.
• d+Au 충돌에서 세 가지 중심도 범위에 걸쳐 핵형 수정 인자 R_dAu를 측정하였다.
• 재결합 및 다중 초기-입자 산란 모델을 포함한 이론 모델과 결과를 비교하여, 초기상태 및 최종상태 효과를 해소하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Au+Au 충돌에서 고pT 입자 억제 현상은 조밀한 매질 내 최종상태 상호작용 때문인가, 초기상태 효과 때문인가?
• RQ2 √sNN = 200 GeV에서 d+Au 충돌에서의 Cronin 효과는 초기상태 전용 모델 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ3 d+Au 충돌에서 Cronin 효과의 입자 종류 의존성에 대해 최종상태 효과가 어느 정도 기여하는가?
• RQ4 d+Au에서 (p+p̄)/h 수율이 Au+Au보다 낮은 이유는 무엇이며, 이는 양성자 강화 메커니즘에 대해 어떤 시사점을 갖는가?
• RQ5 MRPC 기반 시간도래검출기는 고다양성 콜라이더 환경에서 pT = 3.0 GeV/c까지 입자를 신뢰성 있게 식별할 수 있는가?

주요 결과

• d+Au 충돌에서 양성자의 핵형 수정 인자 R_dAu는 π와 K보다 더 빨리 증가하며, 중간 pT 영역(1.2 < pT < 3.0 GeV/c)에서 R_dAu > 1을 보이며, 강력한 최종상태 효과를 나타낸다.
• 최소 중심도 d+Au 충돌에서 (p+p̄)/h 수율은 1.19 ± 0.05 (통계) ± 0.03 (시스템)로 측정되었으며, 중심도 의존성이 거의 없고, Au+Au 충돌보다 약 2배 낮다.
• Au+Au 충돌에서 관측된 상대적 양성자 강화 현상은 초기상태 효과가 아니라 최종상태 상호작용에 의해 유도된 것으로, d+Au 비교를 통해 확인되었다.
• √sNN = 200 GeV에서 d+Au 충돌에서의 Cronin 효과는 초기상태 효과만으로는 설명되지 않으며, 최종상태 상호작용이 중요한 역할을 한다.
• MRPC 시간도래검출기는 85 ps의 시간 해상도를 확보하였고, 각각 pT = 1.6 GeV/c 이하에서 π, K, p를 성공적으로 식별하여, 무거운 이온 콜라이더 실험에서의 실용성을 입증하였다.
• p+p와 비교했을 때 d+Au에서 스펙트럼의 딱딱함 증가, 특히 양성자에서 두드러진 현상은 Au+Au에서의 억제 현상이 초기상태 파동함수 변화가 아니라 최종상태 매질 효과에 기인한다는 강력한 증거를 제공한다.