[논문 리뷰] Transverse mass spectra and scaling of hadrons at RHIC and LHC energies

P. K. Khandai, P. Sett외 2명|arXiv (Cornell University)|2012. 05. 03.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 4인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 릉크 및 LHC 에너지에서 p+p, d+Au, Au+Au 충돌에서 메손과 바리온의 횡방향 질량 ($m_T$) 스케일링을 조사한다. 수정된 하게도른 피팅 함수를 사용하여, $√s_{NN}$ = 200 GeV에서 p+p 및 d+Au 시스템에서 바리온이 양성자와 스케일링됨을 보여주지만, 중심부 Au+Au 충돌에서는 매질 효과로 인해 이상 바리온이 이격됨을 확인한다. LHC 에너지 ($√s$ = 900 GeV)에서는 $m_T$ 스케일링이 $Λ$ 및 $Ω$ 바리온에 잘 적용되지만, 카이온과 $φ$ 메손에선 실패하여 에너지 및 시스템에 따라 달라지는 스케일링 행동을 시사한다.

ABSTRACT

We present a systematic study of transverse mass spectra ($m_T$) of mesons and baryons at RHIC and LHC energies. In an earlier study, it was shown that all the mesons produced in p+p and d+Au collisions at $\sqrt{s_{NN}}$ = 200 GeV follow $m_T$ scaling while in Au+Au collisions at same energy the mesons with strange and charm quark contents do not follow $m_T$ scaling which can be attributed to medium modifications. We extend this study for baryons produced in all above colliding systems at $\sqrt{s_{NN}}$ = 200 GeV. Although all available baryon spectra behave differently from mesons but are found to scale with protons for both p+p and d+Au collisions. In case of Au+Au collisions, the strange baryons behave differently from protons. This study has also been performed on the meson spectra in p+p collisions at 62.4 GeV which lies in between the highest RHIC energy and SPS energy where the $m_T$ scaling was first observed and we arrive at same conclusions as those at 200 GeV. We test the $m_T$ scaling at LHC with the first meson spectra measured in p+p collisions at 900 GeV and find that the $m_T$ spectra of kaons and $ϕ$ do not scale with pions. Thus $m_T$ scaling which was working well up to p+p collisions at 200 GeV seems to be broken. Here we use all data measured in the mid rapidity region. Baryon to meson ratio is studied as a function of $m_T$, at different energies and for different systems and is found that this ratio for p+p at 900 GeV is quite different from that in p+p collisions at RHIC energies.

연구 동기 및 목표

• RHIC 및 LHC 에너지에서 다양한 충돌 시스템에서 메손과 바리온의 횡방향 질량 ($m_T$) 스펙트럼을 체계적으로 분석한다.
• $√s_{NN}$ = 200 GeV에서 p+p, d+Au, Au+Au 충돌에서 메손에 관찰된 바 있는 $m_T$ 스케일링이 바리온에게도 적용되는지 테스트한다.
• 에너지 의존성을 평가하기 위해 저에너지 (62.4 GeV) 및 고에너지 (900 GeV) p+p 충돌으로 $m_T$ 스케일링 분석을 확장한다.
• LHC 에너지에서 첫 번째로 이용 가능한 $√s$ = 900 GeV p+p 데이터를 활용하여 $m_T$ 스케일링의 타당성을 평가한다.
• 에너지 및 시스템에 따라 $m_T$ 함수로 양성자 대 카이온 비율을 정량화하여 강입자 생성 메커니즘을 탐구한다.

제안 방법

• pion 또는 양성자 데이터로부터 유도된 $m_T$ 기반의 수정된 하게도른 공식을 사용하여 횡방향 운동량 스펙트럼을 피팅하며, 매개변수 $A$, $a$, $b$, $p_0$, $n$ 을 추출한다.
• pion 또는 양성자 피팅 함수 $f_{\pi/p}(m_T)$ 를 정규화 인자 $S$ 를 통해 다른 입자의 스펙트럼을 예측하기 위해 $m_T$ 스케일링을 적용한다.
• 메손 ($K^\pm$, $K_S^0$, $\phi$) 과 바리온 ($\Lambda$, $\Xi$, $\Omega$) 의 실험적 $m_T$ 스펙트럼을 비교하여 $S$ 값 추출.
• 다양한 시스템에서 피팅 수행: $√s_{NN}$ = 200 GeV에서 p+p, d+Au, Au+Au; 62.4 GeV 및 900 GeV에서 p+p.
• Au+Au 충돌에서 중심도 의존성을 분석하여 매질 효과가 스케일링 행동에 미치는 영향 평가.
• 에너지 및 시스템에 따라 $m_T$ 스케일링된 스펙트럼과 측정된 데이터를 비교하여 스케일링 품질 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 p+p 및 d+Au 충돌에서 $√s_{NN}$ = 200 GeV 조건에서 바리온은 양성자와 $m_T$ 스케일링을 따르는가?
• RQ2 중심부 대 외곽부 Au+Au 충돌에서 이방성 바리온($\Lambda$, $\Xi$, $\Omega$) 의 $m_T$ 스케일링은 어떻게 다를까?
• RQ3 LHC 에너지 ($\u221As$ = 900 GeV)에서 p+p 충돌에서 메손과 바리온에 대해 $m_T$ 스케일링이 유지되는가?
• RQ4 다양한 에너지 및 충돌 시스템에서 $m_T$ 에 따라 양성자 대 카이온 비율은 어떻게 변하는가?
• RQ5 초기 관측된 중간 에너지 (62.4 GeV)에서 $m_T$ 스케일링은 일관된가?

주요 결과

• p+p 및 d+Au 충돌에서 $√s_{NN}$ = 200 GeV 조건에서 바리온의 $m_T$ 스펙트럼은 양성자 스펙트럼과 잘 스케일링되며, $\Lambda$/p, $\Xi$/p, $\Omega$/p 의 $S$ 값은 각각 0.785 $\pm$ 0.021, 0.140 $\pm$ 0.030, 0.060 $\pm$ 0.022 이다.
• 중심부 Au+Au 충돌에서 $√s_{NN}$ = 200 GeV 조건에서 이방성 바리온은 양성자와의 $m_T$ 스케일링에서 이격되며, 10–20% 중심도에서 $\Lambda$/p 가 0.70 $\pm$ 0.09 로 감소하여 매질 효과를 시사한다.
• LHC 에너지 ($\u221As$ = 900 GeV)에서 $m_T$ 스케일링은 $\Lambda$ 및 $\Xi$ 스펙트럼을 잘 재현하며, $\Lambda$/p = 0.93 $\pm$ 0.20 이다. 그러나 $K^\pm$ 및 $\phi$ 메손에선 실패한다.
• $\phi$ 메손의 $m_T$ 스케일링 스펙트럼은 900 GeV에서 데이터와 양호한 일치를 보이지 않으며, $\phi$/\pi 정규화 $S$ = 0.23 $\pm$ 0.02 로 나타나 스케일링 붕괴를 시사한다.
• 900 GeV에서 p+p 충돌에서의 양성자 대 카이온 비율은 200 GeV보다 유의미하게 낮으며, $m_T$ ~ 2 GeV 에서 고에너지에서 비율이 훨씬 작다.
• 62.4 GeV 에서는 메손에 대해 $m_T$ 스케일링이 유지되며, $K^\pi$ 정규화 $S$ = 0.38 $\pm$ 0.02 로 나타나 중간 에너지에서 스케일링이 지속됨을 확인한다.