[論文レビュー] $\Sigma (1385)^{\pm }$ resonance production in Pb–Pb collisions at $\sqrt{s_{ extrm{NN}}}~=~5.02$ TeV

ALICE Collaboration, Adamova, Dagmar+1050 more|arXiv (Cornell University)|May 27, 2022

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、LHCのALICE検出器を用いて、√sNN = 5.02 TeVにおけるPb–Pb衝突におけるΣ(1385)±共鳴状態の生成を初めて測定した。この研究では、共鳴状態の寿命が短い（約5.5 fm/c）にもかかわらず、その生成断面積が抑制されていないことが明らかになった。これは、ハドロン相において再結合（regeneration）が散乱（rescattering）を上回っていることを示しており、EPOS3にUrQMDを組み合わせた後処理モデルや他のモデルの予測とは対照的である。

ABSTRACT

Hadronic resonances are used to probe the hadron gas produced in the late stage of heavy-ion collisions since they decay on the same timescale, of the order of 1 to 10 fm/$c$, as the decoupling time of the system. In the hadron gas, (pseudo)elastic scatterings among the products of resonances that decayed before the kinetic freeze-out and regeneration processes counteract each other, the net effect depending on the resonance lifetime, the duration of the hadronic phase, and the hadronic cross sections at play. In this context, the $Σ(1385)^{\pm}$ particle is of particular interest as models predict that regeneration dominates over rescattering despite its relatively short lifetime of about 5.5 fm/$c$. The first measurement of the $Σ(1385)^{\pm}$ resonance production at midrapidity in Pb-Pb collisions at $\sqrt{s_{\mathrm{NN}}}= 5.02$ TeV with the ALICE detector is presented in this Letter. The resonances are reconstructed via their hadronic decay channel, $Λπ$, as a function of the transverse momentum ($p_{ m T}$) and the collision centrality. The results are discussed in comparison with the measured yield of pions and with expectations from the statistical hadronization model as well as commonly employed event generators, including PYTHIA8/Angantyr and EPOS3 coupled to the UrQMD hadronic cascade afterburner. None of the models can describe the data. For $Σ(1385)^{\pm}$, a similar behaviour as ${ m K}^{*} (892)^{0}$ is observed in data unlike the predictions of EPOS3 with afterburner.

研究の動機と目的

• 重イオン衝突のハドロン相を調べるため、√sNN = 5.02 TeVにおけるPb–Pb衝突におけるΣ(1385)±共鳴状態の生成を測定すること。
• 短寿命共鳴状態におけるハドロン相における再結合と散乱の効果の相対的寄与を検証すること。
• 新しいデータに対して、イベントジェネレータ（PYTHIA8/Angantyr、EPOS3にUrQMDを組み合わせたもの）および統計的ハドロン化モデルの性能を評価すること。
• 重イオン衝突の後期におけるハドロン的断面積が共鳴状態の進化に与える影響を理解すること。

提案手法

• LHCのALICE検出器を用いて、Σ(1385)±をそのハドロン崩壊モードであるΛπを通じて再構築した。
• 衝突の中心性に応じた横運動量（pT）スペクトルおよびpT積分生成断面積を測定した。
• TPCおよびTOFシステムを用いた粒子識別と、ITSを用いた頂点再構築を実施した。
• 不変質量再構築を用いて、組み合わせ的バックグラウンドからΣ(1385)±信号を分離した。
• 統計的ハドロン化モデルおよびEPOS3にUrQMDを組み合わせた後処理モデルの予測とデータを比較した。
• 最終状態相互作用の影響を評価するために、π粒子に対する生成断面積比を分析した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Σ(1385)±共鳴状態は、その短い寿命（約5.5 fm/c）にもかかわらず、ハドロン相を生き延びるのか？
• RQ2 ハドロン相において、Σ(1385)±の再結合が散乱効果を上回っているのか？
• RQ3 現在のイベントジェネレータ（EPOS3にUrQMDを組み合わせたもの）および統計モデルは、観測されたΣ(1385)±生成断面積を適切に記述できるか？
• RQ4 Σ(1385)±の振る舞いは、散乱によって強く抑制されることが知られているK∗(892)0と類似しているのか？
• RQ5 データは、共鳴状態の再結合に寄与するハドロン的断面積の大きさについて何を示唆しているのか？

主な発見

• Σ(1385)±共鳴状態の生成断面積は、√sNN = 5.02 TeVにおけるPb–Pb衝突でも、その短い寿命（約5.5 fm/c）にもかかわらず抑制されていない。
• 測定されたpTスペクトルおよび生成断面積比は、散乱によって強く抑制されることが知られているK∗(892)0と類似した振る舞いを示している。
• EPOS3にUrQMDを組み合わせた後処理モデルやPYTHIA8/Angantyrを含む、いかなるモデルでもデータを適切に記述できていないことから、最終状態相互作用のモデル化に失敗していることが示唆される。
• データは、Σ(1385)±において再結合が散乱を上回っていることを示しており、その寿命に基づく予想とは対照的である。
• 再結合が支配的であると仮定したモデルの予測とは一致しない生成断面積が観測されたことから、現在のモデルよりも強い再結合断面積が関与していると示唆される。
• これらの結果は、特に共鳴状態の再結合における断面積の役割に焦点を当てた、ハドロン相ダイナミクスの現在の理解に挑戦するものである。