[论文解读] $\Sigma (1385)^{\pm }$ resonance production in Pb–Pb collisions at $\sqrt{s_{ extrm{NN}}}~=~5.02$ TeV

ALICE Collaboration, Adamova, Dagmar+1050 more|arXiv (Cornell University)|May 27, 2022

High-Energy Particle Collisions Research被引用 1

一句话总结

本论文首次利用大型强子对撞机上的ALICE探测器，在√sNN = 5.02 TeV的Pb–Pb碰撞中测量了Σ(1385)±共振态的产生。研究发现，尽管其寿命极短（约5.5 fm/c），共振态的产额并未被抑制，表明在强子相中再生过程占主导地位，而非退散射过程——这与EPOS3结合UrQMD末态助推器的模型以及其他模型的预测相反。

ABSTRACT

Hadronic resonances are used to probe the hadron gas produced in the late stage of heavy-ion collisions since they decay on the same timescale, of the order of 1 to 10 fm/$c$, as the decoupling time of the system. In the hadron gas, (pseudo)elastic scatterings among the products of resonances that decayed before the kinetic freeze-out and regeneration processes counteract each other, the net effect depending on the resonance lifetime, the duration of the hadronic phase, and the hadronic cross sections at play. In this context, the $Σ(1385)^{\pm}$ particle is of particular interest as models predict that regeneration dominates over rescattering despite its relatively short lifetime of about 5.5 fm/$c$. The first measurement of the $Σ(1385)^{\pm}$ resonance production at midrapidity in Pb-Pb collisions at $\sqrt{s_{\mathrm{NN}}}= 5.02$ TeV with the ALICE detector is presented in this Letter. The resonances are reconstructed via their hadronic decay channel, $Λπ$, as a function of the transverse momentum ($p_{ m T}$) and the collision centrality. The results are discussed in comparison with the measured yield of pions and with expectations from the statistical hadronization model as well as commonly employed event generators, including PYTHIA8/Angantyr and EPOS3 coupled to the UrQMD hadronic cascade afterburner. None of the models can describe the data. For $Σ(1385)^{\pm}$, a similar behaviour as ${ m K}^{*} (892)^{0}$ is observed in data unlike the predictions of EPOS3 with afterburner.

研究动机与目标

• 测量√sNN = 5.02 TeV下Pb–Pb碰撞中Σ(1385)±共振态的产生，以探究重离子碰撞中强子相的性质。
• 检验在强子相中，短寿命共振态的再生与退散射效应的相对重要性。
• 评估事件生成器（PYTHIA8/Angantyr）和统计强子化模型对新数据的描述能力。
• 理解强子截面在重离子碰撞晚期阶段共振态演化中的作用。

提出的方法

• 利用ALICE探测器通过Λπ的强子衰变道重建Σ(1385)±。
• 测量作为碰撞中心度函数的横向动量（pT）谱和pT积分产额。
• 使用TPC和TOF系统进行粒子识别，通过ITS进行顶点重建。
• 采用不变质量重建方法从组合背景中分离Σ(1385)±信号。
• 将数据与统计强子化模型及包含EPOS3结合UrQMD末态助推器的事件生成器预测进行比较。
• 分析相对于π介子的产额比，以评估末态相互作用的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 尽管寿命极短（约5.5 fm/c），Σ(1385)±共振态是否能在强子相中存活？
• RQ2 在强子相中，Σ(1385)±的再生过程是否占主导，而非退散射效应？
• RQ3 当前事件生成器（如EPOS3结合UrQMD）和统计模型能否准确描述观测到的Σ(1385)±产额？
• RQ4 Σ(1385)±的行为是否与K∗(892)0相似，后者因退散射而表现出强烈抑制？
• RQ5 数据对共振态再生过程中涉及的强子截面大小有何启示？

主要发现

• 在√sNN = 5.02 TeV的Pb–Pb碰撞中，Σ(1385)±共振态的产额未被抑制，尽管其寿命约为5.5 fm/c。
• 测量得到的pT谱和产额比表现出与K∗(892)0相似的行为，而K∗(892)0因退散射作用而表现出强烈抑制。
• 包括EPOS3结合UrQMD末态助推器和PYTHIA8/Angantyr在内的所有模型均无法描述实验数据，表明对末态相互作用的建模存在失败。
• 数据表明，对于Σ(1385)±，再生过程占主导，而非退散射过程，这与基于其寿命的预期相反。
• 观测到的产额与假设退散射占主导的模型预测不一致，暗示再生截面强于当前模型所假设的强度。
• 结果挑战了当前对强子相动力学的理解，特别是对再生过程中截面作用角色的认识。