[论文解读] Beam-energy and system-size dependence of the space-time extent of the pion emission source produced in heavy ion collisions

A Adare, S. Afanasiev+620 more|arXiv (Cornell University)|Oct 9, 2014

High-Energy Particle Collisions Research被引用 15

一句话总结

本文报告了在多个束流能量下，对Cu+Cu和Au+Au碰撞中两π介子干涉测量的新PHENIX结果，提取了时空源半径（R_out, R_side, R_long），以研究其对横向质量与质心系能量的依赖性。关键结果揭示了R²_out - R²_side与(R_side - √2 R̄)/R_long对√s_NN的非单调依赖性，提示系统可能接近强子物质方程的软化点，且可能处于量子色动力学相图中的临界端点附近。

ABSTRACT

Two-pion interferometry measurements are used to extract the Gaussian radii $R_{ m out}$, $R_{ m side}$, and $R_{ m long}$, of the pion emission sources produced in Cu$+$Cu and Au$+$Au collisions at several beam collision energies $\sqrt{s_{_{NN}}}$ at PHENIX. The extracted radii, which are compared to recent STAR and ALICE data, show characteristic scaling patterns as a function of the initial transverse size $\bar{R}$ of the collision systems and the transverse mass $m_T$ of the emitted pion pairs, consistent with hydrodynamiclike expansion. Specific combinations of the three-dimensional radii that are sensitive to the medium expansion velocity and lifetime, and the pion emission time duration show nonmonotonic $\sqrt{s_{_{NN}}}$ dependencies. The nonmonotonic behaviors exhibited by these quantities point to a softening of the equation of state that may coincide with the critical end point in the phase diagram for nuclear matter.

研究动机与目标

• 研究重离子碰撞中π介子发射源时空范围对束流能量和体系尺寸的依赖性。
• 通过在不同√s_NN和体系尺寸（Au+Au，Cu+Cu）下进行的两π介子干涉测量数据，提取HBT半径（R_out, R_side, R_long）。
• 分析HBT半径对横向质量（m_T）和平均半径（R̄）的标度行为，以探究发射持续时间和膨胀速度。
• 识别对发射动力学敏感的导出量中对√s_NN的非单调依赖性，可能暗示接近QCD临界端点。
• 扩展RHIC上HBT数据在m_T范围的覆盖，并与STAR和ALICE结果进行比较，以验证一致性并深入理解QCD物质的演化。

提出的方法

• 将两π介子干涉测量应用于在多个束流能量（√s_NN = 7.7, 13.7, 19.6, 2700, 5000 GeV）下测量的Cu+Cu和Au+Au碰撞中的π介子关联函数。
• 采用高斯源参数化方法，从关联函数中提取三维HBT半径：R_out、R_side和R_long。
• 分析HBT半径对m_T的依赖性，以识别标度模式，特别是1/√m_T行为，该行为反映发射持续时间和膨胀动力学。
• 在固定m_T = 0.26 GeV/c²下计算导出量R²_out - R²_side和(R_side - √2 R̄)/R_long，以最小化位置-动量关联，从而隔离发射持续时间和膨胀速度。
• 研究这些导出量对√s_NN的依赖性，涵盖不同中心度和体系尺寸，并与STAR和ALICE数据进行比较。
• 评估拟合过程和中心度选择带来的系统误差，并将其纳入最终结果中。

实验结果

研究问题

• RQ1 在不同束流能量和体系尺寸下，HBT半径R_out、R_side和R_long如何随横向质量m_T变化？
• RQ2 导出量R²_out - R²_side与(R_side - √2 R̄)/R_long对√s_NN的依赖性如何？它们揭示了关于发射持续时间和膨胀速度的哪些信息？
• RQ3 这些导出量对√s_NN的非单调行为是否提示系统轨迹接近QCD方程的软化点？
• RQ4 观察到的标度行为与非单调性是否可与QCD相图中的临界端点（CEP）联系起来？
• RQ5 PHENIX结果在完整√s_NN范围内与现有STAR和ALICE数据相比如何？

主要发现

• HBT半径在所有束流能量和体系尺寸下均表现出特征性的1/√m_T标度，与流体动力学预期一致，表明存在共同的发射机制。
• R²_out - R²_side对√s_NN表现出非单调依赖性，在√s_NN ≈ 19.6 GeV附近达到峰值，提示在此能量附近发射持续时间最大。
• 比值(R_side - √2 R̄)/R_long同样表现出对√s_NN的非单调趋势，表明在√s_NN ≈ 19.6 GeV附近膨胀速度达到峰值。
• 这些非单调行为与系统经过方程软化区域的轨迹一致，可能表明接近QCD临界端点。
• PHENIX数据扩展了RHIC上HBT测量的m_T覆盖范围，并与STAR和ALICE数据表现出良好一致性，增强了对观察到的标度行为与趋势的信心。
• 结果表明，系统在方程软化点附近停留了较长时间，可能暗示QCD相图中存在临界点，尽管仍需进一步研究以确认此关联。