[論文レビュー] Energy Dependence of Particle Production in nucleus-nucleus collisions at the CERN SPS

M. van Leeuwen|arXiv (Cornell University)|Jun 2, 2003

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 8被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、CERN SPSにおける30〜158 A GeVのビームエネルギー範囲でNA49検出器のデータを用いて、中央付近のPb+Pb衝突における粒子生成のエネルギー依存性を調査した。30 A GeVで$K^{+}/\pi^{+}$比に顕著な最大値が観測され、これは核-核衝突に特有のものであり、一部のハドロンモデルとは不一致であるが、$T \approx 200$ MeVでクォーク-グルーオンプラズマ（QGP）の形成を仮定した早期段階の統計モデル（SMES）の予測と定性的に一致する。

ABSTRACT

New preliminary results on kaon and pion production in central 30AGeV Pb+Pb collisions are presented. The data are compared to data at lower and higher energies to examine the energy dependence of the kaon to pion ratios and the inverse slope parameters of kaons. The results are compared to expectations from models with and without a phase transition to the Quark Gluon Plasma.

研究の動機と目的

• CERN SPSにおける核-核衝突における奇妙粒子および軽い粒子生成のエネルギー依存性を調査すること。
• 粒子生成率比および横運動量スペクトルを通じて、クォーク-グルーオンプラズマ（QGP）への相転移の実験的兆候を探索すること。
• RQMD、UrQMD、ハドロンガスモデル、および早期段階の統計モデル（SMES）を含む理論的モデルと実験データを比較すること。
• 観測されたカイオンおよびパイオン生成のエネルギー依存性が、相転移によって説明可能かどうか、あるいは新しい状態方程式を必要とするかを特定すること。

提案手法

• 磁場中における時間投影 chamber（TPC）および飛行時間（TOF）検出器を用いた荷電粒子の追跡および同定。
• 特に中間ラピディティ付近で、イオン化エネルギー損失（$dE/dx$）および飛行時間測定による粒子同定。
• $K^{+}$および$K^{-}$の横質量（$m_T$）スペクトルの抽出。指数関数的分布にフィットして逆斜面パラメータ$T$を決定。
• 急速度スペクトルを二重ガウス分布にフィットして、$\pi^{-}$、$K^{+}$、$K^{-}$の全生成率を抽出。
• $K/\pi$比および奇妙粒子比$E_s$を衝突エネルギーの関数として計算。パラメータ化式は$F \approx (\sqrt{s} - 2m_N)^{3/4}/\sqrt{s}^{1/4}$。
• SMESモデル（$T=200$ MeVでQGP形成を仮定）の予測、RQMD、UrQMD、およびハドロンガスモデルとのデータ比較。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 核-核衝突において、$K^{+}/\pi^{+}$比はSPSの低エネルギー領域で最大値を示すか。また、この特徴は同一エネルギーでの陽子-陽子衝突には存在しないか。
• RQ2 カイオンの横質量勾配パラメータ$T$は衝突エネルギーに従ってどのように変化するか。これは初期圧力および状態方程式に何を示唆するか。
• RQ3 観測された$K/\pi$比のエネルギー依存性は、RQMD、UrQMD、またはハドロンガスモデルのようなハドロンモデルで説明可能か。
• RQ4 データは、早期段階の統計モデル（SMES）が予測するように、クォーク-グルーオンプラズマへの相転移を支持するか。

主な発見

• $K^{+}$の横質量スペクトルの逆斜面パラメータ$T$はAGSエネルギーで急激に増加し、SPSエネルギー範囲（30–158 A GeV）では一定に保たれ、初期圧力の飽和を示唆している。
• 核-核衝突において$K^{+}/\pi^{+}$比は30 A GeVで顕著な最大値を示すが、同一エネルギーでの陽子-陽子衝突にはこの特徴は見られない。
• $K^{-}/\pi^{-}$比は$\sqrt{s}$に従って単調に増加するが、SPSエネルギー範囲（80–158 A GeV）では$K^{+}/\pi^{+}$比は一定に保たれる。
• データは、$F \approx 2.2$ GeV$^{1/2}$で奇妙粒子比$E_s$に顕著なピークを示しており、$T=200$ MeVでQGP相転移が予測されるSMESと一致する。
• 観測された粒子生成率のエネルギー依存性は、RQMD、UrQMD、ハドロンガスモデルでは再現できない。これらのモデルは明確な最大値を示さない滑らかな変化を予測する。
• QGP形成を$T=200$ MeVで仮定したSMESモデルは、データを良好に記述しており、特に$E_s$のピークおよび30 A GeVにおける$K^{+}/\pi^{+}$比のピークをよく再現している。