[论文解读] K$^0_\mathrm{S}$ and $\Lambda(\overline\Lambda)$ two-particle femtoscopic correlations in PbPb collisions at $\sqrt{{s}_{NN}}$ = 5.02 TeV

CMS Collaboration, Tumasyan, Armen+2326 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 49被引用 3

一句话总结

本研究首次测量了在 √sNN = 5.02 TeV 条件下的 PbPb 碰撞中 ΛΛ 的费米尺度相关性，同时精确测量了 K⁰ₛK⁰ₛ 和 ΛK⁰ₛ 相关性。利用 Lednický–Lyuboshitz 模型，研究提取了源尺寸和强相互作用参数，发现中心碰撞中的源尺寸为 4.6 fm，而在外围碰撞中减小至 1.6 fm，并对与 H-双子子假说相关的 ΛΛ 散射参数进行了约束。

ABSTRACT

Two-particle correlations are presented for K$^0_\mathrm{S}$, $\Lambda$, and $\overline\Lambda$ strange hadrons as a function of relative momentum in lead-lead collisions at a nucleon-nucleon center-of-mass energy of 5.02 TeV. The dataset corresponds to an integrated luminosity of 0.607 nb$^{-1}$ and was collected using the CMS detector at the CERN LHC. These correlations are sensitive to quantum statistics and to final-state interactions between the particles. The source size extracted from the K$^0_\mathrm{S}$K$^0_\mathrm{S}$ correlations is found to decrease from 4 to 1 fm in going from central to peripheral collisions. Strong interaction scattering parameters (i.e., scattering length and effective range) are determined from the $\Lambda$K$^0_\mathrm{S}$ and $\Lambda\Lambda$ (including their charge conjugates) correlations using the Lednick$'y$-Lyuboshitz model and are compared to theoretical and other experimental results.

研究动机与目标

• 测量在 √sNN = 5.02 TeV 条件下 PbPb 碰撞中 K⁰ₛ、Λ 和 Λ 粒子的两体费米尺度相关性。
• 利用不同中心度区间内的 K⁰ₛK⁰ₛ 相关性提取源尺寸。
• 利用 Lednický–Lyuboshitz 模型，从 ΛK⁰ₛ 和 ΛΛ 相关性中确定强相互作用散射参数（散射长度和有效范围）。
• 通过 ΛΛ 相互作用参数检验 H-双子子态的存在性。
• 改进与中子星建模相关的重子-重子相互作用的约束。

提出的方法

• 利用 0.607 nb⁻¹ 的积分亮度，在 √sNN = 5.02 TeV 条件下的 PbPb 碰撞中测量了相对动量相关的费米尺度相关性。
• CMS 探测器在伪快度 |η| < 3 范围内以高精度记录了带电粒子、光子和强子。
• 在 0–80% 中心度范围内提取了 K⁰ₛK⁰ₛ、ΛK⁰ₛ 和 ΛΛ 相关性；在六个中心度区间（0–60%）内提取了 K⁰ₛK⁰ₛ 相关性。
• 应用 Lednický–Lyuboshitz 模型，从相关函数中提取源尺寸和强相互作用参数。
• 所有测量中均包含电荷共轭态（例如，ΛK⁰ₛ 包含 ΛK⁰ₛ 和 ΛK⁰ₛ）。
• 通过数据驱动方法和基于模拟的修正评估系统误差。

实验结果

研究问题

• RQ1 根据 K⁰ₛK⁰ₛ 相关性，PbPb 碰撞中粒子发射区域的源尺寸如何随中心度变化？
• RQ2 ΛK⁰ₛ 和 ΛΛ 相互作用是吸引力还是排斥力？其散射参数为何？
• RQ3 ΛΛ 相关性数据能否对 I = 0，JP = 0+，S = −2 的 H-双子子态的存在性提供约束？
• RQ4 本测量获得的散射参数与理论预测及以往实验结果相比如何？
• RQ5 K⁰ₛ 源尺寸的中心度依赖性如何？是否反映了发射几何结构的变化？

主要发现

• 在中心（0–10%）PbPb 碰撞中，K⁰ₛ 源尺寸为 4.6 fm，在外围（50–60%）碰撞中减小至 1.6 fm。
• ΛK⁰ₛ 相关性在 S 波通道中显示出排斥性相互作用，与低能 ALICE 实验结果一致。
• ΛΛ 散射长度作为中心度的函数被提取，其值表明相互作用为弱吸引力或排斥力，具体取决于模型拟合。
• ΛΛ 相互作用的有效范围参数确定为 r₀ ≈ 1.8 fm，与其他实验和理论估计一致。
• 本研究首次在 LHC 的 PbPb 碰撞中测量了 ΛΛ 费米尺度相关性，为重子-重子相互作用提供了新约束。
• 结果与不存在强束缚 H-双子子态一致，因为散射参数未显示出强吸引力的迹象。