[论文解读] Production of light (anti)nuclei in pp collisions at $\sqrt{s} = 5.02$ TeV

S. Acharya, D. Adamová+1029 more|arXiv (Cornell University)|Dec 1, 2021

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 59被引用 3

一句话总结

本研究利用LHC上的ALICE探测器，在$√s} = 5.02$ TeV的pp碰撞中，对轻量(反)核——质子、氘核和$^3$He——进行了迄今为止最精确的测量。结果表明，核子与质子的比值随粒子多重性增加而上升，且在不同能量和碰撞体系中，当多重性相近时，该比值保持一致，表明其形成机制具有共性，主要由粒子多重性决定，而非碰撞能量。

ABSTRACT

The study of the production of nuclei and antinuclei in pp collisions has proven to be a powerful tool to investigate the formation mechanism of loosely bound states in high-energy hadronic collisions. In this paper, the production of protons, deuterons and $^3$He and their charge conjugates at midrapidity is studied as a function of the charged-particle multiplicity in inelastic pp collisions at $\sqrt{s}=5.02$ TeV using the ALICE detector. Within the uncertainties, the yields of nuclei in pp collisions at $\sqrt{s}=5.02$ TeV are compatible with those in pp collisions at different energies and to those in p-Pb collisions when compared at similar multiplicities. The measurements are compared with the expectations of coalescence and Statistical Hadronisation Models. The results suggest a common formation mechanism behind the production of light nuclei in hadronic interactions and confirm that they do not depend on the collision energy but on the number of produced particles.

研究动机与目标

• 测量在$\sqrt{s} = 5.02$ TeV的pp碰撞中轻量(反)核（p、d、$^3$He）及其反粒子的产额。
• 研究这些产额对带电粒子多重性和横向动量的依赖性。
• 检验小系统中轻量核的产生机制是否与碰撞能量无关。
• 将实验结果与凝聚模型和统计强子化模型进行比较，以约束理论描述。

提出的方法

• 利用LHC上的ALICE探测器，通过V0、ITS、TPC和TOF子探测器进行轨迹重建和粒子识别。
• 利用V0探测器的信号幅度估算带电粒子多重性，作为碰撞中心度的代理指标。
• 通过飞行时间以及TPC和ITS中的比能损失实现粒子识别，从而区分质子、氘核和$^3$He。
• 通过核子与质子的横向动量谱提取凝聚参数$B_A$，采用关系式$B_A = \frac{1}{2\pi p_T^A} \frac{d^2N_A}{dydp_T^A} \Big/ \left( \frac{1}{2\pi p_T^p} \frac{d^2N_p}{dydp_T^p} \right)^A$，并假设同位旋对称性。
• 对探测器效率和接受度进行修正，并利用专用控制样本评估系统不确定性。
• 将结果与规范统计模型（CSM）和凝聚模型的预测进行比较，以评估不同形成机制的有效性。

实验结果

研究问题

• RQ1 pp碰撞中轻量(反)核的产额是否依赖于碰撞能量或粒子多重性？
• RQ2 在$\sqrt{s} = 5.02$ TeV的pp碰撞中测得的核子与质子比值，是否与其它能量下以及在相似多重性下的p–Pb碰撞中观测到的结果一致？
• RQ3 凝聚模型和统计强子化模型在多大程度上能描述观测到的(反)核产额的多重性依赖性？
• RQ4 凝聚参数$B_A$是否如简单凝聚模型所预测的那样，与横向动量和多重性无关？

主要发现

• 在$\sqrt{s} = 5.02$ TeV的pp碰撞中，氘核和$^3$He的产额在归一化至相似带电粒子多重性后，与其它质心系能量下测得的结果一致。
• 在pp碰撞中，$d/p$和$^3$He/p比值随多重性增加而上升，在高多重性下达到与Pb–Pb碰撞相当的数值。
• 氘核和$^3$He的凝聚参数$B_A$对横向动量和多重性的依赖性微弱，表明其形成机制与晚期阶段凝聚一致。
• 实验数据能被规范统计模型（CSM）良好描述，该模型考虑了小系统中的规范抑制，并在高多重性下趋近于广义规范值。
• 结果支持在强子碰撞中轻量核形成的普遍机制，其主要由产生粒子的数量决定，而非碰撞能量。
• 在匹配多重性下，pp、p–Pb和Pb–Pb体系之间的一致性表明，小系统与大系统中核子形成的物理机制相同。