[论文解读] Production of K$^{*}(892)^{0}$ and $\phi(1020)$ in pp and Pb-Pb collisions at $\sqrt{s_{ m NN}} = 5.02$ TeV

S. Acharya, D. Adamová+1033 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 60被引用 1

一句话总结

本研究利用大型强子对撞机上的ALICE探测器，在√sNN = 5.02 TeV的pp和Pb–Pb碰撞中测量了短寿命的K$^{*}(892)^0$与长寿命的$φ(1020)$介子的产生。研究发现，中心区域Pb–Pb碰撞中K$^{*}(892)^0$的产额因衰变产物的再散射而受到抑制，而$φ(1020)$则未表现出抑制，且两种介子在高横动量区域表现出相似的核修饰因子（RAA），与夸克-胶子等离子体中的能量损失一致。

ABSTRACT

The production of K$^{*}(892)^{0}$ and $\phi(1020)$ mesons in proton-proton (pp) and lead-lead (Pb-Pb) collisions at $\sqrt{s_\mathrm{NN}} = 5.02$ TeV has been measured using the ALICE detector at the Large Hadron Collider (LHC). The transverse momentum ($p_{\mathrm{T}}$) distributions of K$^{*}(892)^{0}$ and $\phi(1020)$ mesons have been measured at midrapidity $(|y|<0.5)$ up to $p_{\mathrm{T}} = 20$ GeV$/c$ in inelastic pp collisions and for several Pb-Pb collision centralities. The collision centrality and collision energy dependence of the average transverse momenta agree with the radial flow scenario observed with stable hadrons, showing that the effect is stronger for more central collisions and higher collision energies. The $\mathrm{K^{*0}/K}$ ratio is found to be suppressed in Pb-Pb collisions relative to pp collisions: this indicates a loss of the measured K$^{*}(892)^{0}$ signal due to rescattering of its decay products in the hadronic phase. In contrast, for the longer-lived $\phi(1020)$ mesons, no such suppression is observed. The nuclear modification factors ($R_{ m AA}$) of K$^{*}(892)^{0}$ and $\phi(1020)$ mesons are calculated using pp reference spectra at the same collision energy. In central Pb-Pb collisions for $p_{ m T} > 8$ GeV$/c$, the $R_{ m AA}$ values of K$^{*}(892)^{0}$ and $\phi(1020)$ are below unity and observed to be similar to those of pions, kaons, and (anti)protons. The $R_{ m AA}$ values at high $p_{\mathrm T}$ for K$^{*}(892)^{0}$ and $\phi(1020)$ mesons are in agreement within uncertainties for $\sqrt{s_\mathrm{NN}} = 5.02$ and 2.76 TeV.

研究动机与目标

• 研究在√sNN = 5.02 TeV的高能pp和Pb–Pb碰撞中K$^{*}(892)^0$与$\phi(1020)$介子的产生动力学。
• 利用寿命不同的共振态，探究强子相中再散射与再组合效应的影响。
• 通过横动量谱与核修饰因子，研究径向流与部分子能量损失的能区与中心度依赖性。
• 比较短寿命与长寿命奇异共振态的行为，以约束夸克-胶子等离子体与强子介质的性质。

提出的方法

• 测量在非弹性pp和多个Pb–Pb中心度区间中，中 rapidity（|y| < 0.5）区域K$^{*}(892)^0$与$\phi(1020)$介子的横动量（pT）分布。
• 使用相同能量下的pp碰撞数据作为参考谱，计算两种介子的核修饰因子（RAA）。
• 应用不变质量重建与峰形拟合技术，从其衰变产物（如Kπ用于K$^{*}(892)^0$，K$\bar{K}$用于$\phi(1020)$）中识别K$^{*}(892)^0$与$\phi(1020)$的衰变。
• 对π介子、K介子与质子的pT谱进行联合拟合，以提取爆发波参数，便于与共振态数据比较。
• 计算平均横动量⟨pT⟩与产额比值（K$^{*0}$/K与φ/K），以研究径向流与介质效应。
• 将√sNN = 5.02 TeV的结果与之前2.76 TeV的测量结果进行比较，评估能量依赖性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在√sNN = 5.02 TeV的Pb–Pb碰撞中，K$^{*}(892)^0$与$\phi(1020)$介子的产额如何随碰撞中心度变化？
• RQ2 与pp碰撞相比，中心区域Pb–Pb碰撞中K$^{*}(892)^0$产额的抑制程度如何？这对其在强子相中再散射的含义是什么？
• RQ3 在高pT区域，K$^{*}(892)^0$与$\phi(1020)$介子的核修饰因子（RAA）是否表现出与轻子强子（如π介子与K介子）相似的能量损失行为？
• RQ4 从⟨pT⟩推断的径向流效应如何随碰撞能量与中心度变化？不同共振态之间是否一致？
• RQ5 在√sNN = 5.02 TeV与2.76 TeV之间，这些共振态的RAA是否存在可测量的能量依赖性差异？

主要发现

• K$^{*}(892)^0$与$\phi(1020)$介子的平均横动量⟨pT⟩随碰撞中心度与能量增加，与在√sNN = 5.02 TeV的中心区域Pb–Pb碰撞中更强的径向流一致。
• 与pp碰撞相比，中心区域Pb–Pb碰撞中K$^{*0}$/K产额比值受到抑制，表明其衰变产物在强子介质中经历了显著的再散射。
• 相反，φ(1020)/K产额比值在Pb–Pb碰撞中未表现出抑制，证实长寿命的φ(1020)介子受末态相互作用影响较小。
• 在高pT（> 8 GeV/c）区域，中心区域Pb–Pb碰撞中K$^{*}(892)^0$与$\phi(1020)$介子的核修饰因子RAA低于单位值，且与π介子、K介子及（反）质子一致，表明介质中存在部分子能量损失。
• 在高pT区域，两种介子的RAA值在√sNN = 5.02 TeV与2.76 TeV之间在不确定度范围内一致，表明这些能量下的能量损失动力学相似。