[论文解读] Direct Photon Production in 158 A GeV 208Pb + 208Pb collisions

WA Collaboration, M. M. Aggarwal|ArXiv.org|Jun 11, 2000

High-Energy Particle Collisions Research被引用 6

一句话总结

本研究利用WA98实验的铅玻璃量能器，在158 A GeV 208Pb+208Pb碰撞中测量了直接光子的产生。在中心碰撞中，横动量1.5–3.5 GeV/c范围内观测到显著的直接光子过量，超出下一阶微扰QCD（pQCD）预测2–3倍，表明来自夸克-胶子等离子体相的发射增强，且再散射效应主导于强子贡献。

ABSTRACT

A measurement of direct photon production in 208Pb + 208Pb collisions at 158 A GeV has been carried out in the CERN WA98 experiment. The invariant yield or upper limit of direct photons as a function of transverse momentum in the interval 0.5 < p_T < 4 GeV/c is presented. A significant direct photon excess is observed at p_T > 1.5 GeV/c in central collisions. The results are compared to proton-induced results and to theoretical predictions. Implications for the dynamics of high-energy heavy-ion collisions are discussed.

研究动机与目标

• 在158 A GeV下探测中心和外围208Pb+208Pb碰撞中的直接光子，以研究夸克-胶子等离子体（QGP）的形成。
• 通过测量的横动量谱区分直接光子贡献与强子衰变（主要为π⁰和η）的贡献。
• 评估观测到的光子产额是否超过微扰QCD（pQCD）的预期，以揭示致密物质中新的动力学行为。
• 将结果与包含QGP相变的流体动力学模型进行比较，以检验QGP信号的有效性。

提出的方法

• 利用WA98大面积极铅玻璃量能器测量了包括光子和π⁰的横动量分布。
• 通过从总光子谱中减去强子衰变（π⁰ → γγ，η → γγ）的计算贡献，提取了直接光子过量。
• 在0.5–4 GeV/c范围内应用系统误差修正，总系统误差根据事件中心度在6%至10%之间变化。
• 将下一阶微扰QCD（NLO pQCD）计算结果缩放至相同的质心系能量（√s = 17.3 GeV），并与数据进行比较，包括本征kT效应。
• 使用包含QGP相变的流体动力学模型（T₀ = 335 MeV，Tc = 180 MeV）解释光子发射率。
• 在显著性未达到的区域，设定了90%置信水平的直接光子过量上限。

实验结果

研究问题

• RQ1 在158 A GeV的中心208Pb+208Pb碰撞中，是否存在显著的直接光子过量，超出pQCD预测？
• RQ2 重离子碰撞中的直接光子产额与相似能量下的质子诱导反应相比如何？
• RQ3 包含QGP相变及增强光子发射的流体动力学模型在多大程度上能再现观测数据？
• RQ4 在致密夸克物质中，再散射过程相较于强子物质在增强直接光子产生方面起何种作用？
• RQ5 观测到的光子过量能否由pQCD中的本征部分子横动量（kT）效应解释，还是需要新物理？

主要发现

• 在横动量1.5 GeV/c至3.5 GeV/c范围内，中心碰撞中观测到显著的直接光子过量。
• 测量到的直接光子产额约为包含本征kT效应的NLO pQCD预测的2–3倍。
• 不包含本征kT效应的NLO pQCD计算结果比实测数据低约一个数量级，表明对过量的描述不足。
• 观测到的光子谱可通过包含夸克-胶子等离子体相变的流体动力学模型良好描述，初始温度T₀ = 335 MeV，临界温度Tc = 180 MeV。
• 过量区域的主要光子发射机制被归因于新识别的夸克-反夸克湮灭与再散射过程，该过程仅在致密夸克物质中预期存在。
• 在外围碰撞中，至2.5 GeV/c范围内未观测到显著过量，且在0.5–4 GeV/c全范围内设定了90%置信水平的上限。