[논문 리뷰] The energy density representation of the strangeness enhancement from p+p to Pb+Pb

E. Cuautle, G. Paić|arXiv (Cornell University)|2016. 08. 06.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 10인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 p+p, p+Pb 및 Pb+Pb 충돌에서의 이상성 증가 현상이 初기 에너지 밀도에 따라 스케일링됨을 제안한다. 에너지 밀도는 다중도와 횡방향 운동량의 측정치를 바탕으로 Bjorken 공식을 사용해 추정된다. 저자들은 동일한 에너지 밀도에서 모든 시스템에서 파이온에 비해 이종 및 다중이상 빛의 생산 비율이 거의 완벽하게 스케일링됨을 발견하였으며, 이는 소형 시스템에서도 열적 평형과 유체역학적 행동이 발생할 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

The energy density is the prime parameter to define the deconfinement of quarks and gluons occurring in collisions of heavy ions. Recently, there is mounting evidence that many observables in proton-proton collisions behave in a manner very similar to the one observed in heavy ions. We present as an additional piece of evidence, a scaling of the strange particle yields as a function of the energy density of the three collision systems: p+p p+Pb and Pb+Pb, using the latest results of the ALICE collaboration.

연구 동기 및 목표

• p+p, p+Pb 및 Pb+Pb 충돌에서의 이상성 생성이 초기 에너지 밀도에 따라 스케일링되는지 조사하기 위해.
• 에너지 밀도가 시스템 크기나 충돌 에너지가 아니라 이상성 증가를 지배하는 핵심 매개변수인지 검증하기 위해.
• p+p 및 p+Pb와 같은 소형 시스템이 중간-중량 이온 시스템과 유사한 열적 행동을 보이는지 평가하기 위해.
• Bjorken 에너지 밀도 추정치가 이상성 수확 비율에 대한 일반적인 스케일링 변수로 타당한지 평가하기 위해.
• 관측된 스케일링이 소형 충돌 시스템에서의 유체역학 및 열역학 모델의 적용 가능성을 뒷받침하는지 결정하기 위해.

제안 방법

• 에너지 밀도를 Bjorken 공식을 사용해 계산한다: ετ = (3/2) * <p_T^k> * (dN^k/dη) / A^k, 여기서 A^k는 시스템의 횡방향 면적이다.
• ALICE 실험 데이터에서 p+p, p+Pb 및 Pb+Pb 충돌(7, 5.02 및 2.76 TeV)에서 측정된 입자 다중도(dN/dη)와 평균 횡방향 운동량(<p_T>)을 사용한다.
• 경험적 공식을 사용해 열적 평형 상태의 시스템 반경을 추정한다: R_pp = 0.405*(dN_i/dη)^{1/3} + 0.332 및 R_Pb+Pb = 0.772*(dN_i/dη)^{1/3} + 0.049.
• 모든 시스템에 동일한 에너지 밀도 추정치를 적용하여 직접 비교를 가능하게 한다.
• ετ에 대한 이종 및 다중이상 빛의 비율을 플롯하여 스케일링 여부를 검증한다.
• 공개된 데이터와 일치하기 위해 ALICE 측정치의 다중도 범위를 사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다양한 충돌 시스템에서 이종 및 다중이상 빛의 상대적 생성 비율이 초기 에너지 밀도에 따라 스케일링되는가?
• RQ2 Bjorken 공식을 통해 추정된 에너지 밀도가 이상성 증가에 대한 일반적인 스케일링 변수로 기능할 수 있는가?
• RQ3 소형 시스템(p+p, p+Pb)이 다중도 시스템(Pb+Pb)과 비교해 이상성 생성 측면에서 어느 정도 유사한 행동을 보이는가?
• RQ4 관측된 스케일링이 소형 충돌 시스템에서의 열적 평형과 유체역학적 행동을 뒷받침하는가?
• RQ5 동일한 에너지 밀도에서 Pb+Pb 충돌에서의 이상성 생성 증가가 소형 시스템보다 현저히 큰가?

주요 결과

• ετ에 대한 (Ξ⁻+Ξ⁺)/ (π⁻+π⁺), 2Λ/(π⁻+π⁺), 및 (Ω⁻+Ω⁺)/(π⁻+π⁺) 비율은 p+p, p+Pb 및 Pb+Pb 충돌에서 거의 완벽한 스케일링을 보인다.
• Ξ 및 Λ 빛의 스케일링이 가장 일관되며, 이는 에너지 밀도가 이상성 증가를 묘사하는 견고한 매개변수임을 시사한다.
• (Ω⁻+Ω⁺)/(π⁻+π⁺) 비율은 Pb+Pb에서 더 높은 생성 경향을 보이지만, 큰 실험적 오차로 인해 명확한 결론을 내리기 어렵다.
• 결과는 소형 시스템에서도 열적 평형과 유체역학적 행동이 발생할 수 있음을 시사하며, 고에너지 밀도 조건에서도 적용 가능하다.
• 관측된 스케일링은 고에너지 초기 온도에서 소형 시스템에서도 유체역학적 행동을 예측하는 허브릭- dual 모델과 일치한다.
• 일부 열역학 모델이 예측한 명확한 한계 온도는 관측되지 않아, 기초 메커니즘에 대한 추가 연구가 필요함을 시사한다.