[论文解读] System-size dependence of the charged-particle pseudorapidity density at $\sqrt{s_{NN}}$ = 5.02TeV for pp, p-Pb, and Pb-Pb collisions

Acharya, Shreyasi, Adamova, Dagmar+1022 more|arXiv (Cornell University)|Apr 21, 2022

High-Energy Particle Collisions Research被引用 1

一句话总结

本研究利用ALICE探测器在√sNN = 5.02 TeV下的数据，首次系统比较了pp、p–Pb和Pb–Pb碰撞中带电强子的赝快度密度。通过在稳健假设下将dNch/dη转换为dNch/dy，揭示了快度分布宽度的减小以及能量密度约十倍的增长，随系统尺寸增大，表明在更大系统中逐渐形成更致密的物质。

ABSTRACT

We present the first systematic comparison of the charged-particle pseudorapidity densities for three widely different collision systems, pp, p-Pb, and Pb-Pb, at the top energy of the Large Hadron Collider ($\sqrt{s_{ m NN}} = 5.02$ TeV) measured over a wide pseudorapidity range (${-3.5 <η<5}$), the widest possible among the four experiments at that facility. The systematic uncertainties are minimised since the measurements are recorded by the same experimental apparatus (ALICE). The distributions for p-Pb and Pb-Pb collisions are determined as a function of the centrality of the collisions, while results from pp collisions are reported for inelastic events with at least one charged particle at midrapidity. The charged-particle pseudorapidity densities are, under simple and robust assumptions, transformed to charged-particle rapidity densities. This allows for the calculation and the presentation of the evolution of the width of the rapidity distributions and of a lower bound on the Bjorken energy density, as a function of the number of participants in all three collision systems. We find a decreasing width of the particle production, and roughly a smooth ten fold increase in the energy density, as the system size grows, which is consistent with a gradually higher dense phase of matter.

研究动机与目标

• 比较在LHC最高能量下pp、p–Pb和Pb–Pb三种不同碰撞系统中的带电强子产生情况。
• 通过使用单一探测器（ALICE）进行所有测量，最小化系统误差。
• 基于稳健、简单的假设，将赝快度分布（dNch/dη）转换为快度分布（dNch/dy）。
• 量化快度分布宽度的演化，并估算作为参与核子数函数的Bjorken能量密度下限。
• 评估粒子产生和能量密度的系统尺寸依赖性，探究致密、禁闭解除物质的形成过程。

提出的方法

• 使用ALICE探测器的SPD（−2 < η < 2）、FMD（−3.5 < η < −1.8 和 1.8 < η < 5）以及V0/ZDC进行赝快度密度（dNch/dη）测量，并用于事例中心度选择。
• 基于介质中声速恒定的假设，采用一致且简单的赝快度（η）到快度（y）的转换方法。
• 针对所有三种系统，计算快度分布宽度随参与核子数（Npart）的变化。
• 使用公式ε ≥ (1/τ) × (dE/dy) / (4πR²)估算Bjorken能量密度的下限，其中τ为热化时间，R为系统半径。
• 对p–Pb和Pb–Pb碰撞应用基于V0和ZDC信号的中心度相关修正；pp碰撞使用最小事例触发。
• 将p–Pb数据从铅端向前转换为质子端向前配置，以确保质心参考系中的对称性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在√sNN = 5.02 TeV下，随着系统尺寸从pp增大到Pb–Pb，带电强子快度分布的宽度如何演化？
• RQ2 在pp、p–Pb和Pb–Pb碰撞中，Bjorken能量密度随参与核子数的增加而增长的幅度有多大？
• RQ3 粒子产生的系统尺寸依赖性是否与致密相物质的渐进形成一致？
• RQ4 在一致假设下，将pp、p–Pb和Pb–Pb的赝快度分布转换为快度空间后，三者如何比较？
• RQ5 各系统中的能量密度下限是多少？其随Npart如何变化？

主要发现

• 带电强子快度分布的宽度随系统尺寸增大而系统性减小，从pp到Pb–Pb，表明在更大系统中粒子产生更加集中。
• Bjorken能量密度从pp到中心Pb–Pb碰撞中增加了约十倍，达到超过1 GeV/fm³的数值，该值为禁闭解除的阈值。
• 中心Pb–Pb碰撞中的能量密度达到约10 GeV/fm³的下限，与强耦合夸克-胶子等离子体的形成一致。
• 从赝快度到快度的转换在各系统中均稳健且一致，使分布宽度比较和能量密度估算具有可靠性。
• 粒子产生的系统尺寸依赖性表现出平滑、连续的演化，表明随着系统尺寸增大，向更致密介质的过渡是渐进的。
• 结果与致密物质形成随参与核子数平滑演化、无明显相变的场景一致。