[论文解读] Measurements of $\pi^\pm$, $K^\pm$, $p$ and $\bar{p}$ spectra in $^7$Be+$^9$Be collisions at beam momenta from 19$A$ to 150$A$ GeV/$c$ with the NA61/SHINE spectrometer at the CERN SPS

SHINE Collaboration, A. Acharya+141 more|arXiv (Cornell University)|Oct 5, 2020

High-Energy Particle Collisions Research被引用 1

一句话总结

本论文利用CERN SPS的NA61/SHINE谱仪，在19A至150A GeV/c的束流动量下，对20%最中心的7Be+9Be碰撞中，π±、K±、p和p̄的包含双微分谱和平均多重性的高精度测量进行了研究。结果表明，这些轻核碰撞中的粒子谱和K±/π±比值与非弹性p+p相互作用中的结果非常相似，产额增强约四倍，与伤核子模型一致，且在小系统低SPS能量下未发现喇叭状结构的证据。

ABSTRACT

The NA61/SHINE experiment at the CERN Super Proton Synchrotron (SPS) studies the onset of deconfinement in hadron matter by a scan of particle production in collisions of nuclei with various sizes at a set of energies covering the SPS energy range. This paper presents results on inclusive double-differential spectra, transverse momentum and rapidity distributions and mean multiplicities of $π^\pm$, $K^\pm$, $p$ and $\bar{p}$ produced in the 20$\%$ most $central$ $^7$Be+$^9$Be collisions at beam momenta of 19$A$, 30$A$, 40$A$, 75$A$ and 150$A$ GeV/$c$. The energy dependence of the $K^\pm$/$π^\pm$ ratios as well as of inverse slope parameters of the $K^\pm$ transverse mass distributions are close to those found in inelastic $p$+$p$ reactions. The new results are compared to the world data on $p$+$p$ and Pb+Pb collisions as well as to predictions of the EPOS, UrQMD, AMPT, PHSD and SMASH models.

研究动机与目标

• 通过系统扫描核子碰撞体系和能量，研究强子物质中禁闭的 onset 机制。
• 研究在NA61/SHINE计划中，最轻的核-核体系（7Be+9Be）的粒子谱和比值行为。
• 检验统计模型和输运模型关于奇异夸克增强和粒子产额标度的预测。
• 确立7Be+9Be作为在寻找临界点过程中，同位旋对称、低质量碰撞的参考体系。

提出的方法

• 测量了在19A、30A、40A、75A和150A GeV/c束流动量下，20%最中心的7Be+9Be碰撞中π±、K±、p和p̄的双微分谱（d2N/dpTdy）。
• 利用CERN SPS的NA61/SHINE谱仪，通过飞行时间与能量损失测量，探测并识别次级粒子。
• 提取了横向动量和快度分布，并计算了所识别粒子的平均多重性。
• 将结果与NA61/SHINE的非弹性p+p数据及NA49的Pb+Pb数据进行比较，以评估体系尺寸和能量依赖性。
• 与EPOS 1.99、UrQMD 3.4、AMPT 1.26、PHSD 4.0和SMASH 1.6模型的预测进行比较。
• 对所有测量的谱和多重性应用了统计和系统误差估计。

实验结果

研究问题

• RQ1 7Be+9Be碰撞中的粒子谱和K±/π±比值是否与p+p相互作用中的结果相似，表明具有相似的动力学行为？
• RQ2 在小系统低SPS能量下，是否观察到类似中心Pb+Pb碰撞中所见的‘喇叭状结构’？
• RQ3 与伤核子模型相比，测量的产额如何随体系尺寸变化？
• RQ4 输运和流体动力学模型（EPOS、UrQMD、AMPT、PHSD、SMASH）在多大程度上能再现轻核碰撞中观测到的谱和比值的能量依赖性？

主要发现

• 在所有研究的束流动量下，7Be+9Be碰撞中π±、K±、p和p̄的横向动量和快度分布与非弹性p+p相互作用中的结果在定量上非常相似。
• 7Be+9Be碰撞中的K±/π±比值表现出与非弹性p+p反应非常接近的能量依赖性，低能区无增强现象。
• 7Be+9Be碰撞中的粒子产额相比p+p增强约四倍，与伤核子模型的预测一致。
• 在7Be+9Be碰撞中，低SPS能量下K±/π±比值未观察到‘喇叭状结构’，与中心Pb+Pb数据形成对比。
• 所有模型——EPOS 1.99、UrQMD 3.4、AMPT 1.26、PHSD 4.0和SMASH 1.6——均未能完全再现测量谱和比值的所有特征。
• 结果支持7Be+9Be碰撞可作为NA61/SHINE扫描中中等和大质量核体系的有效同位旋对称参考体系的解释。