[論文レビュー] Thesis: Pion, Kaon, Proton and Antiproton Spectra in d+Au and p+p Collisions at $\sqrt{s_{NN}}$= 200GeV at the Relativistic Heavy Ion Collider

Lijuan Ruan|ArXiv.org|Mar 23, 2005

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

ひとこと要約

本学位論文は、RHICにおける√sNN = 200 GeVのd+Auおよびp+p衝突において、85 psの時間分解能を持つ新規のMRPCベースの飛行時間検出器を用いて、パイオン、カリオン、陽子、反陽子の識別された中間ラピディティスペクトルを提示する。主な結果として、d+Au衝突では陽子スペクトルがp+p衝突よりも著しく硬く、中間pT領域で核修飾因子R_dAu > 1であることが示され、これはAu+Au衝突において最終状態効果が初期状態効果を上回ることを示唆し、一部のエネルギー損失が密度の高い媒体によって引き起こされることを支持する。

ABSTRACT

Identified mid-rapidity particle spectra of $π^{\pm}$, $K^{\pm}$, and $p(\bar{p})$ from 200 GeV p+p and d+Au collisions are reported. This data were taken in 2003 run from the Solenoidal Tracker at RHIC (STAR) experiment. A time-of-flight detector based on multi-gap resistive plate chamber (MRPC) technology is used for particle identification. The intrinsic timing resolution 85 ps was achieved after the calibration. We observe that the spectra of $π^{\pm}$, $K^{\pm}$, $p$ and $\bar{p}$ are considerably harder in d+Au than those in p+p collisions. In $\sqrt{s_{_{NN}}} = 200$ GeV d+Au collisions, the nuclear modification factor $R_{dAu}$ of protons rise faster than those of pions and kaons. Besides, the particle-species dependence of the Cronin effect is observed to be significantly smaller than that at lower energies. The ratio of the nuclear modification factor ($R_{dAu}$) between $(p+\bar{p})$ and charged hadrons ($h$) in the transverse momentum range $1.2

研究の動機と目的

• √sNN = 200 GeVのd+Auおよびp+p衝突における識別粒子スペクトル（π±, K±, p, p̄）を測定し、重イオン衝突における一部のエネルギー損失の性質を解明すること。
• d+Au（QGPなし）とAu+Au（QGP予想あり）を比較することで、高pT抑制における最終状態相互作用の役割を評価すること。
• コライダー実験におけるMRPCベースの飛行時間検出器の高精度粒子識別への応用を検証すること。
• d+Au衝突における初期状態対最終状態モデルの比較を通じて、Cronin効果の起源を調査すること。
• d+AuとAu+Auにおける(p+p̄)/h比の比較により、Au+Auで観測されるバリオン強化が最終状態効果に起因するかどうかを特定すること。

提案手法

• 粒子識別に、ソリノイド・トラッカー（STAR）に搭載されたプロトタイプのマルチギャップ抵抗性板チャンバー（MRPC）飛行時間システムを用いた。
• 校正済みの時間分解能85 psを達成し、pT = 1.6 GeV/cまでパイオンとカリオンを、pT = 3.0 GeV/cまで陽子を分離可能であった。
• 検出器効率、受容角、バックグラウンド、および物質中でのエネルギー損失に対する系統的補正を適用した。
• コライダー実験で初めて開発された専用のキャリブレーション手順を用いてMRPCシステムをキャリブレーションした。
• d+Au衝突の3つの中心性ビンにおいて、識別粒子の核修飾因子R_dAuを測定した。
• 再結合モデルや複数の初期パートオン散乱モデルを含む理論モデルと比較することで、初期状態と最終状態効果を区別した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Au+Au衝突における高pT粒子の抑制は、密度の高い媒体における最終状態相互作用に起因するのか、それとも初期状態効果に起因するのか？
• RQ2 √sNN = 200 GeVのd+Au衝突におけるCronin効果は、初期状態のみを考慮したモデルの予測とどのように一致するか？
• RQ3 d+Au衝突におけるCronin効果の粒子種依存性は、どの程度最終状態効果に起因するか？
• RQ4 d+Au衝突における(p+p̄)/hの相対的出力がAu+Au衝突よりも低いのはなぜか？これはバリオン強化機構に何を示唆するか？
• RQ5 MRPCベースの飛行時間検出器は、高多重度コライダー環境下でもpT = 3.0 GeV/cまで信頼性高く粒子を識別できるか？

主な発見

• d+Au衝突において、陽子の核修飾因子R_dAuはパイオンやカリオンよりも速やかに上昇し、中間pT領域（1.2 < pT < 3.0 GeV/c）でR_dAu > 1を示し、強い最終状態効果を示している。
• 最小バイアスd+Au衝突における(p+p̄)/h出力比は1.19 ± 0.05（統計）± 0.03（系誤差）であり、中心性依存性はほとんどなく、Au+Au衝突における値の2倍も低い。
• Au+Au衝突で観測された相対的バリオン強化は初期状態効果に起因するのではなく、d+Au比較によって確認されたように最終状態相互作用によって駆動されている。
• √sNN = 200 GeVのd+Au衝突におけるCronin効果は、初期状態効果のみでは説明できない。最終状態相互作用が顕著な役割を果たしている。
• MRPC飛行時間検出器は85 psの時間分解能を達成し、パイオン、カリオン、陽子をそれぞれpT = 1.6 GeV/cおよび3.0 GeV/cまで効果的に識別した。これは、重イオンコライダー実験におけるその実用性を裏付けた。
• p+p衝突と比較してd+Au衝突でスペクトルが硬くなる、特に陽子において顕著な傾向は、Au+Au衝突における抑制が初期状態波動関数の変更ではなく、最終状態媒体効果に起因することを強く示唆する。