[论文解读] High-pT Neutral Pion Production in Heavy Ion Collisions at SPS and RHIC

K. Reygers|arXiv (Cornell University)|Feb 15, 2002

High-Energy Particle Collisions Research被引用 3

一句话总结

本研究测量了在 SPS（√sNN = 17.3 GeV）处的中心 Pb+Pb 碰撞和在 RHIC（√sNN = 130 GeV）处的 Au+Au 碰撞中高横向动量中性 pion 的产生，将其产率与按 Ncoll 缩放的核子-核子参考值进行比较。在 SPS 处观察到类似 Cronin 的增强，而在 RHIC 处则表现出强烈的抑制（RAA < 1），表明存在显著的部分子能量损失，与夸克-胶子等离子体中的喷射淬火一致。

ABSTRACT

Transverse momentum spectra for neutral pions have been measured by the WA98 experiment in sqrt{s_{nn}}=17.3 GeV Pb+Pb collisions at the CERN SPS and by the PHENIX experiment in sqrt{s_{nn}}=130 GeV Au+Au collisions at RHIC. The neutral pion yields in central collisions for both reaction systems are compared to scaled transverse momentum spectra for nucleon-nucleon reactions at the respective energy. At SPS energies neutral pion production at high $p_T$ is enhanced compared to the n+n reference while at RHIC a significant suppression of high-pT neutral pions is observed.

研究动机与目标

• 理解在不同能量下重离子碰撞中高横向动量粒子产生的行为，以探测夸克-胶子等离子体的形成。
• 测量中心 Pb+Pb（SPS）和 Au+Au（RHIC）碰撞中中性 pion 的横向动量谱，以评估核介质效应。
• 将观测到的产率与按 Ncoll 缩放的核子-核子参考值进行比较，以分离出介质诱导的修改，如部分子能量损失。
• 使用核子修改因子 RAA 来量化与二元标度的偏离，并推断喷射淬火的存在。
• 将包含和不包含部分子能量损失的微扰 QCD 计算与实验数据进行对比，以评估介质效应的作用。

提出的方法

• 通过 WA98 铅玻璃探测器在 SPS 处利用双光子衰变重建测量中性 pion 谱，以及通过 RHIC 处的 PHENIX 电磁量能器进行测量。
• 使用 Glauber 模型框架，将中心 A+A 中 pion 产率归一化为非弹性核子-核子碰撞数（Ncoll）。
• 定义核子修改因子 RAA = [E d³N/dp³(AA)/Ncoll] / [E d³N/dp³(nn)]，以将 A+A 产率与 n+n 参考值进行比较。
• 基于现有数据的插值，将参数化的 n+n 谱作为 SPS 和 RHIC 能量下的基线参考。
• 将实验测得的 RAA 值与包含和不包含部分子能量损失的微扰 QCD 计算进行比较，以评估介质效应。
• 对 PHENIX 中的 PbGl 和 PbSc 探测器结果进行平均，以提高统计精度并估计系统误差。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 SPS 能量（√sNN = 17.3 GeV）下的中心 Pb+Pb 碰撞中，高-pT 中性 pion 的产率与按 Ncoll 缩放的 n+n 参考值相比如何？
• RQ2 在 RHIC 能量下，高-pT 中性 pion 的核子修改因子 RAA 与 SPS 能量下的行为有何不同？
• RQ3 在 RHIC 处观测到的 RAA 是否表明存在与夸克-胶子等离子体中喷射淬火一致的部分子能量损失？
• RQ4 标准 pQCD 计算在不包含介质效应的情况下能否描述实验数据，还是必须引入部分子能量损失？
• RQ5 在 SPS 和 RHIC 处，将 n+n 与外围 A+A 碰撞的 pion 谱形状进行比较时，谱形有何变化？

主要发现

• 在 SPS 能量（√sNN = 17.3 GeV）下，高-pT 中性 pion 的 RAA 随 pT 增加而上升，表明其产率高于 Ncoll 标度，表现出类似 Cronin 的增强。
• 在 RHIC 能量（√sNN = 130 GeV）下，RAA 在整个 pT 范围内显著低于 1，表明高-pT 中性 pion 产生受到强烈抑制。
• RHIC 处的抑制与不包含部分子能量损失的标准 pQCD 计算不一致，后者严重高估了实验数据。
• 在 pQCD 计算中引入部分子能量损失参数（dE/dX ≈ 0.25 GeV/fm）后，能够成功描述 RHIC 实验数据，表明在致密介质中存在喷射淬火。
• 在 SPS 处，外围 A+A 碰撞中的 pion 谱形状与 n+n 参考值显著不同，表明存在初态效应；而在 RHIC 处，外围谱与 n+n 参考值非常接近。
• 来自 Ncoll 和 n+n 参考值的系统误差较小，证实了在 SPS 处观测到的增强和在 RHIC 处观测到的抑制具有稳健性。