[論文レビュー] Analysis of effective temperature and kinetic freeze-out volume in high energy nucleus-nucleus and proton-proton collisions

M. Waqas, F. H. Liu+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 19, 2020

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、多成分標準分布を用いて高エネルギー核-核および陽子-陽子衝突における横運動量スペクトルを分析し、質量依存性のある運動的冻结アウトの挙動を明らかにした。重い粒子が軽い粒子よりも早く冻结アウトすること、また、粒子種ごとに異なる運動的冻结アウト体積が存在することを示した。また、同じ√sNNにおける微小なAA衝突とpp衝突において、有効温度がほぼ等価であることも観測された。

ABSTRACT

The transverse momentum spectra of different types of particles produced in central and peripheral gold-gold (Au-Au) and (inelastic) proton-proton ($pp$) collisions at the Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), as well as in central and peripheral lead-lead (Pb-Pb) and $pp$ collisions at the Large Hadron Collider (LHC) are analyzed by the standard distribution in terms of multi-component. The obtained results from the standard distribution give an approximate agreement with the measured experimental data by the STAR, PHENIX and ALICE Collaborations. The methodical behavior of the effective temperature and kinetic freeze-out volume with the mass dependence for different particles is obtained, which observes the early kinetic freeze-out of heavier particles as compared to the lighter particles. Furthermore, the kinetic freeze-out volumes for different particles are observed to be different, which reveals a direct signature of the mass dependent differential kinetic freeze-out. It is also observed that the peripheral nucleus-nucleus ($AA$) and $pp$ collisions at the same center-of-mass energy per nucleon pair are almost equivalent in terms of the extracted effective temperature.

研究の動機と目的

• 高エネルギー核衝突および陽子-陽子衝突における運動的冻结アウトの質量依存性を調査すること。
• 有効温度と運動的冻结アウト体積が粒子質量に応じて体系的に変化するかどうかを特定すること。
• 同じ中心座標系エネルギーにおける微小核-核衝突と陽子-陽子衝突の間での冻结アウト特性を比較すること。
• STAR、PHENIX、ALICEの実験データを用いて、多成分標準分布の妥当性を検証すること。
• 粒子種ごとに異なる運動的冻结アウトの兆候を特定すること。

提案手法

• RHICおよびLHCにおけるAu-Au、Pb-Pbおよびpp衝突における識別粒子の横運動量スペクトルに、標準的多成分分布を適用してフィットする。
• さまざまな粒子種について、フィットされたスペクトルから有効温度および運動的冻结アウト体積パラメータを抽出する。
• 中心衝突と微小衝突の両方の衝突系において、粒子質量に応じた冻结アウトパラメータの体系的比較を行う。
• STAR、PHENIX、ALICE共同研究の実験データを用いて、モデルの予測精度を検証する。
• 有効温度および冻结アウト体積が粒子質量および衝突タイプに依存するかを分析する。
• 抽出された熱力学的パラメータの観点から、微小AA衝突とpp衝突の間の等価性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高エネルギー核-核および陽子-陽子衝突において、有効温度は粒子質量にどのように依存するか？
• RQ2 軽い粒子と重い粒子の間で運動的冻结アウト体積にどの程度の差が生じるか。これは質量依存性のある冻结アウトを示唆するか？
• RQ3 同じ√sNNにおける微小なAu-Au衝突とpp衝突の有効温度は、統計的に等価であるか？
• RQ4 多成分標準分布は、さまざまな粒子種および衝突系において横運動量スペクトルを正確に記述できるか？
• RQ5 データは粒子質量に応じた異なる運動的冻结アウトの証拠をどのように示しているか？

主な発見

• 多成分標準分布は、STAR、PHENIX、ALICEが測定したさまざまな衝突系における横運動量スペクトルを良好にフィットした。
• 重い粒子は軽い粒子よりも早く運動的冻结アウトしており、質量依存性のある冻结アウトダイナミクスを示している。
• 粒子種ごとに運動的冻结アウト体積に顕著な差が認められ、質量依存性のある差別的運動的冻结アウトの直接的証拠が得られた。
• 同じ核子対あたりの中心座標系エネルギーにおける微小なAu-Au衝突とpp衝突では、有効温度がほぼ等価であった。
• 有効温度と冻结アウト体積は粒子質量に応じて体系的な傾向を示し、非一様な冻结アウト条件を支持する。
• 観測された挙動は、高エネルギー衝突における異なる粒子種にわたる非一様な運動的冻结アウトプロセスの存在を支持する。