[论文解读] Measurement of antiproton production from antihyperon decays in ${p} extrm{He}$ collisions at $\sqrt{sNN}$=110 GeV

The LHCb collaboration, Aaij, R.+1014 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

High-Energy Particle Collisions Research被引用 1

一句话总结

该论文利用LHCb实验测量了√sNN = 110 GeV下pHe碰撞中来自反超子衰变的反质子与快中子反质子的比值。结果发现，反超子贡献——尤其是Λ → pπ⁺衰变的贡献——显著高于主流强子模型的预测，对当前宇宙射线次级产生模型构成挑战。

ABSTRACT

The interpretation of cosmic antiproton flux measurements from space-borne experiments is currently limited by the knowledge of the antiproton production cross-section in collisions between primary cosmic rays and the interstellar medium. Using collisions of protons with an energy of 6.5 TeV incident on helium nuclei at rest in the proximity of the interaction region of the LHCb experiment, the ratio of antiprotons originating from antihyperon decays to prompt production is measured for antiproton momenta between 12 and 110 GeV/c. The dominant antihyperon contribution, namely $\barΛ o \bar{p} π^+$ decays from promptly produced $\barΛ$ particles, is also exclusively measured. The results complement the measurement of prompt antiproton production obtained from the same data sample. At the energy scale of this measurement, the antihyperon contributions to antiproton production are observed to be significantly larger than predictions of commonly used hadronic production models.

研究动机与目标

• 测量在√sNN = 110 GeV下pHe碰撞中来自反超子衰变的反质子与快中子反质子的比值。
• 确定由快中子产生的Λ粒子通过Λ → pπ⁺衰变对总反质子产额的贡献。
• 通过RΛ/RH双比值检验两种独立分析方法——顶点位移与粒子识别——的一致性。
• 通过与实验数据比较，评估理论模型对宇宙射线散裂过程中反质子产生的预测可靠性。
• 改进宇宙射线传播中次级反质子通量的建模，特别是在10–100 GeV能量区间。

提出的方法

• 在固定靶模式下使用LHCb探测器，使质子束与静止的氦气靶碰撞，实现√sNN = 110 GeV。
• 利用初级碰撞顶点与次级衰变顶点之间的顶点位移，识别来自反超子衰变的分离反质子。
• 通过两个RICH探测器和SPD进行粒子识别，基于动量和切伦科夫角区分反质子与其他强子。
• 利用撞击参数（IP）将快中子反质子（靠近主顶点）与分离反质子（远离主顶点）分离，从而实现对分离反质子的包容性测量。
• 结合先前LHCb分析[8]中的快中子反质子截面与新测量结果，提取RΛ与RH比值。
• 将双比值RΛ/RH与统计模型和强子事件生成器的预测进行比较，以验证一致性并识别模型缺陷。

实验结果

研究问题

• RQ1 在√sNN = 110 GeV下pHe碰撞中，来自反超子衰变的反质子与快中子反质子的比值是多少？
• RQ2 Λ → pπ⁺衰变的贡献与当前强子产生模型的预测相比如何？
• RQ3 两种独立分析方法（顶点位移与基于PID的分离）在RΛ/RH双比值上的吻合程度如何？
• RQ4 来自反超子衰变的测量反质子产额是否与基于统计模型的理论预期一致？
• RQ5 反超子贡献对宇宙射线传播中次级反质子通量建模具有何种重要性？

主要发现

• RH比值——表示来自反超子衰变的反质子相对于快中子产生的比值——在12个动量与横动量区间（12至110 GeV/c）内被测量。
• RΛ比值——特指Λ → pπ⁺衰变——在高能区表现出显著增强，各动量区间内取值范围为0.27至0.43。
• 在最高动量区间（50.5–110.0 GeV/c）中，RΛ测量值为0.244 ± 0.010（非相关误差）± 0.012（相关误差），表明Λ衰变贡献不可忽略。
• 两种分析方法在RΛ/RH双比值上保持一致，验证了测量方法的稳健性。
• 测量得到的反超子贡献显著高于常用强子模型的预测，尤其在√sNN > 100 GeV时更为明显。
• 底夸克与底夸克强子衰变的贡献可忽略不计，估计值比快中子反质子产生小三个数量级。