[论文解读] Seeing phi meson through the dilepton spectra in heavy-ion collisions

W.S. Chung, Che Ming Ko+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 31, 1998

High-Energy Particle Collisions Research被引用 10

一句话总结

本文利用相对论性输运模型，研究了在SIS/GSI能量（≈2 GeV/核子）下的重离子碰撞中phi介子的产生及其介质效应。结果表明，介质修正——尤其是kaon-核子相互作用和下降的phi质量——会展宽二轻子谱，并在phi峰附近形成肩状结构，为探测致密核物质中phi介子的性质提供了可观测的信号。

ABSTRACT

Dilepton spectra from the decay of phi mesons produced in heavy-ion collisions at SIS/GSI energies ($\sim 2$ GeV/nucleon) are studied in the relativistic transport model. We include phi mesons produced from baryon-baryon, pion-baryon, and kaon-antikaon collisions. The cross sections for the first two processes are obtained from an one-boson-exchange model, while that for the last process is taken to be the Breit-Wigner form through the phi meson resonance. For dileptons with invariant mass near the phi meson peak, we also include contributions from neutron-proton bremsstrahlung, pion-pion annihilation, and the decay of rho and omega mesons produced in baryon-baryon and meson-baryon collisions. Effects due to medium modifications of the kaon and vector (rho, omega and phi) meson properties are investigated. We find that the kaon medium effects lead to a broadening of the dilepton spectrum as a result of the increase of phi meson decay width. Furthermore, the dropping of phi meson mass in nuclear medium leads to a shoulder structure in the dilepton spectrum besides the main peak at the bare phi meson mass. The experimental measurement of the dilepton spectra from heavy-ion collisions is expected to provide useful information about the phi meson properties in dense matter.

研究动机与目标

• 利用相对论性输运模型研究在SIS/GSI能量下重离子碰撞中phi介子的产生。
• 研究介质修正（尤其是kaon和矢量介子性质）对二轻子谱的影响。
• 确定二轻子谱是否能揭示致密核物质中phi介子的性质。
• 分析来自核子-核子、π-核子和K-反K湮灭等过程对phi介子产生的贡献。
• 探讨phi介子在核介质中质量与宽度的变化如何影响二轻子谱的形状。

提出的方法

• 采用相对论性输运模型模拟在≈2 GeV/核子能量下重离子碰撞中phi介子的产生。
• 使用一玻色子交换模型计算核子-核子和π-核子过程的截面。
• 采用Breit-Wigner形式描述K-反K湮灭产生phi介子的共振过程。
• 包含中子-质子辐射、π-π湮灭以及rho和omega介子衰变对phi峰附近区域的贡献。
• 引入介质效应，如由于kaon-核子相互作用导致的phi介子质量降低和宽度增加。
• 模拟二轻子谱并分析其结构，尤其关注phi介子不变质量附近的区域。

实验结果

研究问题

• RQ1 kaon和矢量介子的介质修正如何影响重离子碰撞中的二轻子谱？
• RQ2 二轻子谱中哪些特征可揭示核介质中产生的phi介子的存在？
• RQ3 phi介子在致密物质中质量下降如何影响二轻子谱的形状？
• RQ4 kaon-核子相互作用在多大程度上通过增加phi介子衰变宽度展宽二轻子谱？
• RQ5 phi峰附近的二轻子谱肩状结构是否可归因于介质修正的phi介子性质？

主要发现

• kaon的介质效应导致phi介子衰变宽度增加，从而展宽了二轻子谱。
• 核介质中phi介子质量的降低在二轻子谱中主峰（对应裸质量）附近产生明显的肩状结构。
• 中子-质子辐射、π-π湮灭以及rho/omega介子衰变在phi峰区域的贡献显著。
• 引入介质修正的矢量介子性质会改变谱形，增强对介质动力学的敏感性。
• 模拟的二轻子谱对介质中phi介子的性质（尤其是质量位移和宽度展宽）表现出明显的敏感性。
• 实验上测量重离子碰撞中的二轻子谱，有望直接提供关于致密物质中phi介子行为的信息。