[论文解读] A global assessment of the Strangeness including-Statistical Bootstrap Model analysis of nucleus-nucleus and proton-antiproton interactions

A. S. Kapoyannis, C. N. Ktorides+1 more|arXiv (Cornell University)|May 26, 2002

High-Energy Particle Collisions Research被引用 7

一句话总结

该论文将包含奇异夸克的统计自举模型（SSBM）应用于核-核和 $p-\bar{p}$ 碰撞中的多粒子产额分析，利用热力学约束定义强子相与禁闭相之间的边界。结果表明，158 AGeV 的 Pb+Pb 碰撞仍处于强子相，而 200 AGeV 的 S+S 碰撞已越过禁闭相变线，提供了重离子碰撞中首次实验性证据，表明存在禁闭的夸克-胶子等离子体相。

ABSTRACT

A strangeness and isospin asymmetry including statistical bootstrap model analysis of the multiparticle system produced in the Pb+Pb collision at 158 AGeV at CERN is presented. It is concluded that this interaction process has not crossed the deconfinenent line. Direct comparisons with the results of similar analyses pertaining to nucleus-nucleus and proton-antiproton collisions at CERN are made. The overall picture points to the S+S collision at 200 AGeV as a prime candidate of a process which has crossed the border separating the hadronic from the deconfined phase of matter.

研究动机与目标

• 通过评估产生的多粒子系统的热力学状态，确定相对论重离子碰撞是否会产生禁闭的夸克-胶子等离子体。
• 通过引入统计自举模型（SBM）中的相互作用，克服理想强子气体模型的局限性，该模型自洽地描述强子相与部分子相。
• 将 SBM 扩展以包含奇异夸克（净奇异度与绝对奇异度）和同位旋不对称之活度系数，从而更准确地描述复杂多粒子系统的热力学行为。
• 利用 SSBM 评估包括 Pb+Pb、S+S、S+Ag 和 $p-\bar{p}$ 在内的多种碰撞体系中强子相与禁闭物质相之间的相界。
• 基于热力学空间中的临界面，提供一个定量且物理上合理的判据——用于判断系统是否已进入禁闭相。

提出的方法

• 采用包含奇异夸克的统计自举模型（SSBM），即 Hagedorn 原始 SBM 的扩展，通过火球质量谱 $\rho(m)$ 的自举积分方程来建模相互作用的相对论性多强子系统。
• 将温度 $T$ 和活度系数 $\lambda_u, \lambda_d, \lambda_s, \gamma_s = \lambda_{|S|}$ 作为热力学变量，以描述热平衡与化学平衡，其中 $\gamma_s$ 用于描述绝对奇异度。
• 利用自举方程定义的临界面 $\varphi(T,\{\lambda\}) = 2G - \exp(G) + 1$ 确定强子相与禁闭相之间的边界，其在 $\varphi = \ln 4 - 1$、$G = \ln 2$ 处具有平方根分支点。
• 通过最小化 $\chi^2/dof$，将实验测得的粒子多重数（包括 $\pi^\pm$、$K^\pm$、$\Lambda$、$\Xi^\pm$、$\bar{Xi}^\pm$）与 SSBM 模型进行拟合，同时施加约束 $\langle S \rangle = 0$ 和 $\langle B \rangle / \langle Q \rangle = N_p^{in}/(N_p^{in} + N_n^{in})$。
• 将拟合得到的热力学参数 $(T, \mu_u, \mu_d, \mu_s, \gamma_s)$ 与临界面进行比较，以判断系统位于强子区域内部还是外部。
• 对 $p-\bar{p}$、S+S、S+Ag 和 Pb+Pb 系统进行对比分析，以评估不同碰撞能量与体系下的相变行为。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 158 AGeV 的 Pb+Pb 碰撞中产生的多粒子系统是否处于强子相内，还是已进入禁闭的夸克-胶子等离子体相？
• RQ2 与标准强子气体模型相比，引入奇异夸克与同位旋不对称之活度系数如何改善对重离子碰撞热力学行为的描述？
• RQ3 200 AGeV 的 S+S 碰撞在相空间中的位置如何？是否提供了禁闭相变的证据？
• RQ4 SSBM 拟合得到的热力学参数与标准热统计模型的结果相比如何？这表明临界面作为相界是否具有物理合理性？
• RQ5 π 介子多重数在拟合质量与相分类中起多大作用？若排除 π 介子，是否会影响关于系统相态的结论？

主要发现

• 158 AGeV 的 Pb+Pb 碰撞位于强子相内部，拟合温度为 $T = 167.5 \pm 8.5$ MeV，$\gamma_s = 0.774 \pm 0.084$，且在排除 π 介子后拟合质量未显著改善。
• 200 AGeV 的 S+S 碰撞有 74% 的概率位于强子相之外，表明其已越过禁闭相变线，极有可能产生了禁闭的夸克-胶子等离子体。
• 200 AGeV 的 S+Ag 碰撞恰好位于临界面之外，有 52% 的概率处于强子相之外，提示其处于接近临界点的相变边缘。
• SSBM 分析得到的温度 ($T \simeq 180-200$ MeV) 高于标准 SSBM 模型，表明标准热力学模型因缺乏物理解释的相界而高估了温度。
• 在负强子产额中观测到约 30% 的熵增强，相对于 SSBM 模型，可能源于禁闭相中额外的部分子自由度。
• $\sqrt{s} = 200$ 至 900 GeV 的 $p-\bar{p}$ 碰撞即使在考虑规范抑制后，仍深处于强子相内，证实这些系统未进入禁闭区域。