[论文解读] Higher order moments of net-charge and multiplicity distributions in p+p interactions at SPS energies from NA61/SHINE

M. Maćkowiak-Pawłowska|arXiv (Cornell University)|Oct 12, 2016

High-Energy Particle Collisions Research被引用 3

一句话总结

本研究基于NA61/SHINE在SPS能量下（20–158 GeV/c）对质子-质子碰撞中净电荷与负电荷强子多重性的高阶涨落给出了初步结果。利用四阶累积量，研究发现净电荷的偏度与峰度随能量升高而上升，表明其存在超出泊松统计的非平凡关联，其中峰度在80 GeV/c时跨越单位值，挑战了标准统计模型，并提示对临界现象的敏感性。

ABSTRACT

NA61/SHINE at the CERN SPS is a fixed-target experiment pursuing a rich physics program including measurements for heavy ion, neutrino and cosmic ray physics. The main goal of the ion program is to study the properties of the onset of deconfinement and to search for the signatures of the critical point. A specific property of the critical point, the increase in the correlation length, makes fluctuations its basic signal. Higher order moments of suitable observables are of special interest as they are more sensitive to the correlation length than typically studied second order moments. In this contribution preliminary results on higher order fluctuations of negatively charged hadron multiplicity and net-charge in p+p interactions are shown. The new data are compared with model predictions.

研究动机与目标

• 研究SPS能量下质子-质子碰撞中净电荷与负电荷强子多重性分布的高阶矩（偏度与峰度）。
• 检验这些高阶涨落是否可作为探测QCD物质中临界点现象的探针。
• 将实验结果与统计模型（GCE、CE）及输运模型（EPOS 1.99）的预测进行比较。
• 评估高阶累积量在可能临界点附近关联长度增长时的敏感性。
• 为未来相图研究提供新的涨落能量依赖性数据。

提出的方法

• 测量了√sNN = 6.3–17.3 GeV下质子-质子碰撞中负电荷强子与净电荷（N+ − N−）多重性的事件逐次分布。
• 计算了最高四阶的累积量：⟨N³⟩c、⟨N⁴⟩c，并推导出强度量：归一化方差ω、偏度Sσ与峰度κσ²。
• 通过子样本不确定性估计方法，对探测器效应、触发偏差、轨迹选择、弱衰变与次级相互作用进行修正。
• 采用子样本法估计统计不确定性，系统性不确定性通过改变选择标准进行评估。
• 将结果与广义系综（GCE）、规范系综（CE）及EPOS 1.99输运模型的预测进行比较。
• 将净电荷定义为正负强子多重性的差值，以最小化共振衰变的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在SPS能量下，质子-质子相互作用中净电荷与负电荷强子多重性的偏度与峰度如何随碰撞能量演化？
• RQ2 高阶涨落（超越方差）是否对临界点附近关联长度的增长表现出增强的敏感性？
• RQ3 统计模型（GCE、CE）在多大程度上能再现观测到的高阶涨落模式？
• RQ4 EPOS 1.99模型能否描述净电荷与负强子涨落的能量依赖性？
• RQ5 数据是否显示出偏离泊松或独立粒子产生模型的迹象，提示存在非平凡关联？

主要发现

• 负电荷强子的归一化方差ω[h⁻]随能量升高而上升，并在40至80 GeV/c之间跨越1，表明涨落增强。
• 负强子的偏度Sσ[h⁻]与峰度κσ²[h⁻]也随能量升高而增加，其中κσ²[h⁻]在80 GeV/c时超过1。
• 净电荷涨落的ω[h⁺−h⁻]与Sσ[h⁺−h⁻]表现出微弱的能量依赖性，但κσ²[h⁺−h⁻]上升并在80 GeV/c时跨越1。
• EPOS 1.99模型较好地描述了ω[h⁻]、Sσ[h⁻]与净电荷的ω[h⁺−h⁻]，但低估了κσ²[h⁻]，提示该模型在高阶关联方面可能存在缺陷。
• 统计模型（GCE与CE）无法再现观测到的高阶矩能量依赖性，尤其在κσ²方面表现不佳。
• 系统性不确定性通过改变事件与轨迹选择标准进行估计，统计不确定性在图中均小于标记尺寸。