[论文解读] Common femtoscopic hadron-emission source in pp collisions at the LHC

Acharya, Shreyasi, Adamova, Dagmar+1065 more|arXiv (Cornell University)|Nov 24, 2023

High-Energy Particle Collisions Research被引用 3

一句话总结

本论文通过相同粒子对（π–π）和质子-奇异夸克对（K–p）的费米尺度关联，研究了在 √s = 13 TeV 下高多重度 pp 碰撞中的原初强子发射源。通过将共振源模型（RSM）应用于分离共振衰变，结果表明，介子与重子具有共同的高斯原初源，且其 mT 标度在 π–π、K–p 以及先前研究的 p–p 系统中保持一致——为大型强子对撞机（LHC）中小系统中普遍存在的强子发射提供了有力证据。

ABSTRACT

The femtoscopic study of pairs of identical pions is particularly suited to investigate the effective source function of particle emission, due to the resulting Bose-Einstein correlation signal. In small collision systems at the LHC, pp in particular, the majority of the pions are produced in resonance decays, which significantly affect the profile and size of the source. In this work, we explicitly model this effect in order to extract the primordial source in pp collisions at $\sqrt{s}=13$ TeV from charged $π- π$ correlations measured by ALICE. We demonstrate that the assumption of a Gaussian primordial source is compatible with the data and that the effective source, resulting from modifications due to resonances, is approximately exponential, as found in previous measurements at the LHC. The universality of hadron emission in pp collisions is further investigated by applying the same methodology to characterize the primordial source of K$-$p pairs. The size of the primordial source is evaluated as a function of the transverse mass ($m_{ m T}$) of the pairs, leading to the observation of a common scaling for both $π- π$ and K$-$p, suggesting a collective effect. Further, the present results are compatible with the $m_{ m T}$ scaling of the p$-$p and p$-Λ$ primordial source measured by ALICE in high multiplicity pp collisions, providing additional evidence for the presence of a common emission source for all hadrons in small collision systems at the LHC. This will allow the determination of the source function for any hadron-hadron pairs with high precision, granting access to the properties of the possible final-state interaction among pairs of less abundantly produced hadrons, such as strange or charmed particles.

研究动机与目标

• 确定高多重度 pp 碰撞中介子-介子与介子-重子关联是否由一个共同的原初强子发射源所支配。
• 通过比较 π–π、K–p 和 p–p 等不同强子对的 mT 标度，检验源函数的普遍性。
• 利用共振源模型（RSM）在考虑共振衰变贡献的前提下，从 π–π 和 K–p 关联中提取原初源尺寸。
• 评估介子对中观测到的 mT 标度是否与重子-重子系统中观察到的集体效应一致。
• 通过通用源模型，实现对稀有强子对（如奇异或底夸克介子）的末态相互作用的精确访问。

提出的方法

• 使用 ALICE 探测器在 √s = 13 TeV 下 pp 碰撞中的费米尺度关联函数数据。
• 应用共振源模型（RSM）将有效源建模为高斯原初源与共振衰变贡献的卷积。
• 通过 ALICE 探测器中的飞行时间与能量损失的特定测量实现粒子识别，以分离 π–π 和 K–p 对。
• 通过包含源函数与末态相互作用（FSI）的模型拟合测量到的关联函数，采用高斯参数化表示原初源。
• 通过在高多重度与最小截面事件中拟合数据，提取作为对道横质量（mT）函数的原初源尺寸。
• 通过比较 π–π、K–p 和 p–p 系统中提取的原初源的 mT 标度，检验其普遍性。

实验结果

研究问题

• RQ1 pp 碰撞中介子的原初源是否与 RSM 假设的高斯形状一致？
• RQ2 π–π 与 K–p 对的 mT 标度行为是否与先前测量的 p–p 系统一致，表明存在普遍的发射机制？
• RQ3 通过 RSM 考虑共振衰变后，能否准确建模介子对的有效源函数？
• RQ4 介子对中观测到的 mT 标度是否与重子系统中观察到的集体效应相容？
• RQ5 不同强子种类间原初源的普遍性是否支持小碰撞系统中普遍的发射机制？

主要发现

• 在 √s = 13 TeV 下高多重度 pp 碰撞中，π–π 对的原初源可由高斯形状良好描述，与 RSM 假设一致。
• 由共振衰变产生的有效源近似为指数形，与此前 LHC 测量结果一致。
• K–p 对的原初源 mT 标度在定量上与 π–π 和 p–p 对一致，表明存在共同的发射机制。
• 介子对中观测到的 mT 标度与高多重度 pp 碰撞中测量的 p–p 和 p–Λ 源的 mT 标度相容，进一步支持普遍性。
• 结果支持在 LHC 小碰撞系统中所有强子种类均存在普遍的强子发射源。
• 该模型通过利用普遍源框架，实现了对稀有强子对（如奇异或底夸克介子）源函数的高精度确定。