[论文解读] Rho meson production in ultraperipheral dAu collision

S. Timoshenko|ArXiv.org|Jan 17, 2005

High-Energy Particle Collisions Research被引用 3

一句话总结

本论文报告了在RHIC的dAu超外围碰撞中首次观测到奇异态$^0$介子的产生，基于STAR实验的数据。研究证实了通过光子-氘核相互作用的相干$^0$介子产生机制，其主导过程为金核发出的光子与氘核相互作用，并展示了当氘核破裂时的非相干产生过程，表现为对$t$-谱的拟合结果符合$e^{-bt}$形式，其中相干过程的$b = 9.2 \pm 0.2$ GeV$^{-2}$，非相干过程的$b = 8.4 \pm 0.4$ GeV$^{-2}$。

ABSTRACT

Ultra-peripheral heavy ion collisions involve long range electromagnetic interactions at impact parameters larger than twice the nuclear radius, where no nucleon-nucleon collisions occur. We report on the first observation of rho meson production in dAu->d Au rho^0 and dAu-> n p Au rho^0.

研究动机与目标

• 测量在强相互作用可忽略的超外围dAu碰撞中，$\r^0$介子的产生截面。
• 通过光子-氘核与光子-金核相互作用，区分$\r^0$介子产生的相干与非相干机制。
• 检验Weizsacker-Williams方法与矢量主导模型在重离子超外围碰撞中的适用性。
• 确定微分截面的$t$-依赖性，并提取相干与非相干过程的斜率参数$b$。
• 验证轻矢量介子在光子诱导反应中$Z^2A^{4/3}$缩放规律的理论预测。

提出的方法

• 利用RHIC的STAR探测器研究了$\r^0$介子的产生，采用两种触发方式：'topology'用于$dAu \to dAu\r^0$，'topology-ZDC'用于$dAu \to npAu\r^0$。
• 在时间投影室（TPC）中重建了来自$\r^0 \to \pi^+\pi^-$衰变的带电π子对（$\pi^+\pi^-$）。
• 通过零度 calorimeters（ZDC）探测氘核破裂产生的中子，以识别非相干过程。
• 对$\pi^+\pi^-$对的不变质量谱进行拟合，采用相对论性Breit-Wigner函数描述$\r^0$，加入Soding干涉项，并采用多项式背景。
• 利用$t_\perp = p_T^2$提取$t$-谱（横动量转移），假设纵向动量转移可忽略。
• 通过拟合$dN/dt \sim e^{-bt}$，提取了相干与非相干产生过程的斜率参数$b$。

实验结果

研究问题

• RQ1 在超外围dAu碰撞中，$\r^0$介子产生的主导机制是光子-氘核作用还是光子-金核作用？
• RQ2 当氘核破裂时，$\r^0$介子产生过程是相干还是非相干的？
• RQ3 $\r^0$介子产生的$t$-谱与固定靶实验中的$\r^0$光致产生数据相比如何？
• RQ4 测量得到的$b$-值是否与相干和非相干产生过程的理论预期相符？
• RQ5 $\r^0$不变质量峰是否与已知的PDG值一致，且其直接$\r^0 \to \pi^+\pi^-$分支比是否与ZEUS实验在$\r^0 p$相互作用中的结果一致？

主要发现

• 在$dAu \to dAu\r^0$和$dAu \to npAu\r^0$反应中观测到了$\r^0$介子，标志着首次在超外围dAu碰撞中观测到$\r^0$介子的产生。
• 光子-氘核相互作用的截面比光子-金核相互作用大近13倍，与$Z^2A^{4/3}$缩放规律一致（$79^2 \cdot 2^{4/3}$ vs. $1^2 \cdot 197^{4/3}$）。
• 在'bottomology'触发中观测到约1,500个事件，'topology-ZDC'触发中观测到约14,000个事件，$\r^0$不变质量谱中在约770 MeV处出现清晰的$\r^0$峰。
• 对于'topology'触发（氘核完整），$t$-谱在小$t$区域呈现下降趋势，表明为非相干产生，$b = 9.2 \pm 0.2$ GeV$^{-2}$。
• 对于'topology-ZDC'触发（氘核破裂），$t$-谱形状与相干产生一致，$b = 8.4 \pm 0.4$ GeV$^{-2}$。
• $\r^0$质量与宽度与PDG值一致，且其直接$\r^0 \to \pi^+\pi^-$分支比与ZEUS实验在$\r^0 p$相互作用中的结果相符。