[论文解读] Identified particle spectra in Pb-Pb and p-Pb collisions with a modified Tsallis blast-wave model

Gur R, Jin-Biao Gu+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 28, 2020

High-Energy Particle Collisions Research被引用 4

一句话总结

该论文提出了一种改进的Tsallis爆源模型（mTBW），将横向速度分布与源半径解耦，从而在√sNN = 2.76 和 5.02 TeV 的 Pb-Pb 与 p-Pb 碰撞中实现了对已识别强子谱的更好拟合。该模型成功描述了高达 3 GeV/c 的粒子谱，揭示了随着碰撞中心度增加，径向流速增大而非广延参数 q 减小，表明中心碰撞中集体膨胀更强烈且系统非平衡性降低。

ABSTRACT

With the recipe of the Tsallis-blast wave (TBW) model, we propose a modified version (mTBW) in which the transverse velocity profile does not depend on the radius of the emitting source. A combined fit is performed to the transverse momentum spectra of identified hadrons at a given centrality in Pb-Pb (Pb-Pb, p-Pb) collisions at $\sqrt{s_{ m NN}}=$ 2.76 (5.02, 5.02) TeV with this modified model. It is found that the mTBW model can describe the particle spectra well up to 3 GeV/c. Moreover, we observe that the transverse flow velocity increases with centrality while the non-extensive parameter $q$ shows the opposite trend, indicating a more rapid expansion and less off-equilibrium of the system in central collisions. In addition, to check whether there is a possible early kinetic freeze-out of hadrons containing strange valence quarks at the LHC, the particle spectra are investigated by grouping them into strange and non-strange hadrons. The spectra of deuterons and $^{3} m He$ in Pb-Pb (p-Pb) collisions at 2.76 (5.02) TeV are also investigated in the framework of the mTBW model. The combined fit can provide insight on the degree of non-equilibrium, the radial flow and the temperature of the system at the kinetic freeze-out. Its usefulness lies in the ability to compare the results at different energies in the same colliding system and the results in different colliding systems at the same energy.

研究动机与目标

• 开发一种改进的Tsallis爆源模型（mTBW），消除横向速度分布对源半径的依赖，以提升谱拟合性能。
• 对√sNN = 2.76 和 5.02 TeV 的 Pb-Pb 与 p-Pb 碰撞中已识别强子的横向动量谱进行联合拟合。
• 研究径向流速与非广延参数 q 随碰撞中心度的变化，以探究系统非平衡性与集体膨胀动力学。
• 通过比较奇异强子与非奇异强子的谱，检验奇异夸克组成强子是否存在早期动力学冻结的可能。
• 将模型扩展至轻核（氘核、³He），实现不同系统与不同能量下冻结条件的对比分析。

提出的方法

• 采用一种改进的Tsallis爆源模型（mTBW），其中横向速度与发射源半径无关，从而简化速度分布结构。
• 将 mTBW 模型应用于 √sNN = 2.76 和 5.02 TeV 的 Pb-Pb 与 p-Pb 碰撞中已识别强子（包括质子、π介子、K介子、氘核、³He）的横向动量谱拟合。
• 在多个强子种类与中心度区间内进行联合拟合，提取冻结参数：温度、径向流速与非广延参数 q。
• 将强子分为奇异与非奇异两类，以检验含奇异夸克的强子是否存在早期动力学冻结。
• 利用模型提取动力学冻结时的径向流速与温度参数，实现不同碰撞系统与能量间的一致性比较。
• 验证模型在高达 3 GeV/c 的动量区间内对谱的描述能力，确保在中间动量区域的可靠性。

实验结果

研究问题

• RQ1 与标准TBW模型相比，改进的Tsallis爆源模型在描述已识别强子谱方面有何提升？
• RQ2 在 Pb-Pb 与 p-Pb 系统中，径向流速与非广延参数 q 如何随碰撞中心度变化？
• RQ3 基于奇异强子与非奇异强子谱的差异，是否存在奇异夸克组成强子早期动力学冻结的证据？
• RQ4 mTBW 模型在多大程度上能有效描述重离子碰撞中氘核与 ³He 等轻核的谱？
• RQ5 mTBW 模型是否能够实现不同碰撞系统与质心系能量下冻结条件的一致性比较？

主要发现

• mTBW 模型在 √sNN = 2.76 与 5.02 TeV 的 Pb-Pb 与 p-Pb 碰撞中，成功描述了已识别强子的横向动量谱，能量上限达 3 GeV/c。
• 径向流速随碰撞中心度增加而增大，表明中心碰撞中集体膨胀更显著。
• 非广延参数 q 随中心度增加而减小，表明系统非平衡性降低，中心事件中膨胀更迅速。
• 奇异强子的谱与非奇异强子无显著差异，表明缺乏强证据支持含奇异夸克强子的早期动力学冻结。
• 该模型在不同碰撞系统与能量下提供了稳定且可比的冻结参数，显著增强了跨系统分析能力。
• mTBW 模型能有效描述氘核与 ³He 等轻核的谱，支持其在复合强子中的适用性。