[论文解读] Analysis of effective temperature and kinetic freeze-out volume in high energy nucleus-nucleus and proton-proton collisions

M. Waqas, F. H. Liu+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 19, 2020

High-Energy Particle Collisions Research被引用 1

一句话总结

本研究采用多组分标准分布，分析高能核-核与质子-质子碰撞中的横向动量谱，揭示了质量依赖的动能冻结行为。结果表明，较重粒子比轻粒子更早发生动能冻结，且具有不同的动能冻结体积；在相同√sNN下，外围AA与pp碰撞的有效温度近乎相等。

ABSTRACT

The transverse momentum spectra of different types of particles produced in central and peripheral gold-gold (Au-Au) and (inelastic) proton-proton ($pp$) collisions at the Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), as well as in central and peripheral lead-lead (Pb-Pb) and $pp$ collisions at the Large Hadron Collider (LHC) are analyzed by the standard distribution in terms of multi-component. The obtained results from the standard distribution give an approximate agreement with the measured experimental data by the STAR, PHENIX and ALICE Collaborations. The methodical behavior of the effective temperature and kinetic freeze-out volume with the mass dependence for different particles is obtained, which observes the early kinetic freeze-out of heavier particles as compared to the lighter particles. Furthermore, the kinetic freeze-out volumes for different particles are observed to be different, which reveals a direct signature of the mass dependent differential kinetic freeze-out. It is also observed that the peripheral nucleus-nucleus ($AA$) and $pp$ collisions at the same center-of-mass energy per nucleon pair are almost equivalent in terms of the extracted effective temperature.

研究动机与目标

• 研究高能核碰撞与质子-质子碰撞中动能冻结的质量依赖性。
• 确定有效温度与动能冻结体积是否随粒子质量系统性变化。
• 比较相同质心系能量下外围核-核与质子-质子碰撞的冻结特性。
• 利用STAR、PHENIX与ALICE的实验数据，验证多组分标准分布的预测准确性。
• 识别基于粒子种类的差异性动能冻结的信号。

提出的方法

• 将多组分标准分布应用于RHIC与LHC中Au-Au、Pb-Pb与pp碰撞中各类识别粒子的横向动量谱拟合。
• 从拟合谱中提取不同粒子类型的有效温度与动能冻结体积参数。
• 系统比较不同碰撞体系（中心与外围）及粒子质量下的冻结参数。
• 利用STAR、PHENIX与ALICE合作组的实验数据，验证模型的预测精度。
• 分析有效温度与冻结体积随粒子质量与碰撞类型的变化关系。
• 评估外围AA与pp碰撞在提取的热力学参数方面是否等价。

实验结果

研究问题

• RQ1 在高能核-核与质子-质子碰撞中，有效温度如何随粒子质量变化？
• RQ2 轻粒子与重粒子之间的动能冻结体积差异在多大程度上表明了质量依赖的冻结行为？
• RQ3 在相同√sNN下，外围Au-Au与pp碰撞的有效温度是否在统计上等价？
• RQ4 多组分标准分布是否能准确描述不同粒子种类与碰撞体系中的横向动量谱？
• RQ5 数据为基于粒子质量的差异性动能冻结提供了哪些证据？

主要发现

• 多组分标准分布能良好拟合STAR、PHENIX与ALICE在各类碰撞体系中测量的横向动量谱。
• 较重粒子表现出比轻粒子更早的动能冻结，表明存在质量依赖的冻结动力学。
• 不同粒子种类的动能冻结体积存在显著差异，为质量依赖的差异性动能冻结提供了直接证据。
• 在相同单位核子对质心系能量下，外围Au-Au与pp碰撞的有效温度几乎相等。
• 有效温度与冻结体积随粒子质量表现出系统性趋势，支持非统一的冻结条件。
• 所观测行为支持在高能碰撞中，不同粒子种类之间存在非均匀的动能冻结过程。