[论文解读] Thesis: Pion, Kaon, Proton and Antiproton Spectra in d+Au and p+p Collisions at $\sqrt{s_{NN}}$= 200GeV at the Relativistic Heavy Ion Collider

Lijuan Ruan|ArXiv.org|Mar 23, 2005

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 3被引用 3

一句话总结

本论文利用基于MRPC的飞行时间探测器（时间分辨率85 ps）测量了RHIC在√sNN = 200 GeV下d+Au与p+p碰撞中π±、K±、p和p̄的鉴别粒子谱。关键结果表明，d+Au碰撞中质子谱在中间pT区域显著变硬，核修改因子R_dAu > 1，表明在Au+Au碰撞中末态效应主导于初态效应，支持致密介质在部分子能量损失中的作用。

ABSTRACT

Identified mid-rapidity particle spectra of $π^{\pm}$, $K^{\pm}$, and $p(\bar{p})$ from 200 GeV p+p and d+Au collisions are reported. This data were taken in 2003 run from the Solenoidal Tracker at RHIC (STAR) experiment. A time-of-flight detector based on multi-gap resistive plate chamber (MRPC) technology is used for particle identification. The intrinsic timing resolution 85 ps was achieved after the calibration. We observe that the spectra of $π^{\pm}$, $K^{\pm}$, $p$ and $\bar{p}$ are considerably harder in d+Au than those in p+p collisions. In $\sqrt{s_{_{NN}}} = 200$ GeV d+Au collisions, the nuclear modification factor $R_{dAu}$ of protons rise faster than those of pions and kaons. Besides, the particle-species dependence of the Cronin effect is observed to be significantly smaller than that at lower energies. The ratio of the nuclear modification factor ($R_{dAu}$) between $(p+\bar{p})$ and charged hadrons ($h$) in the transverse momentum range $1.2

研究动机与目标

• 测量在√sNN = 200 GeV下d+Au与p+p碰撞中鉴别粒子谱（π±, K±, p, p̄），以探究重离子碰撞中部分子能量损失的本质。
• 通过比较无QGP的d+Au与预期存在QGP的Au+Au，评估末态相互作用在高pT抑制中的作用。
• 验证基于MRPC的飞行时间探测器在对撞机实验中实现高精度粒子识别的可行性。
• 通过比较d+Au碰撞中初态与末态模型，探究Cronin效应的起源。
• 通过比较d+Au与Au+Au中(p+p̄)/h比值，确定Au+Au中重子增强是否由末态效应引起。

提出的方法

• 利用RHIC的Solenoidal Tracker (STAR) 实验，采用原型多间隙阻性板室(MRPC)飞行时间系统进行粒子识别。
• 实现校准后的时间分辨率85 ps，可将pT ≤ 1.6 GeV/c的π±与K±分离，以及pT ≤ 3.0 GeV/c的质子分离。
• 对探测器效率、接受度、背景及介质中能量损失进行系统性修正。
• 首次在对撞机实验中开发专用校准程序，对MRPC系统进行校准。
• 在d+Au碰撞的三个中心度区间测量了鉴别粒子的核修改因子R_dAu。
• 将结果与理论模型（包括再组合模型和多次初态部分子散射模型）比较，以区分初态与末态效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 Au+Au碰撞中高pT粒子的抑制是由致密介质中的末态相互作用引起，还是由初态效应引起？
• RQ2 在√sNN = 200 GeV下，d+Au碰撞中的Cronin效应与仅考虑初态效应的模型预测相比如何？
• RQ3 在d+Au碰撞中，末态效应在Cronin效应的粒子种类依赖性中占多大程度？
• RQ4 为何最小截面d+Au碰撞中(p+p̄)/h的相对产额低于Au+Au碰撞？这对我们理解重子增强机制有何启示？
• RQ5 基于MRPC的飞行时间系统能否在高多重度对撞机环境中可靠识别至pT = 3.0 GeV/c的粒子？

主要发现

• 在d+Au碰撞中，质子的核修改因子R_dAu在中间pT区域（1.2 < pT < 3.0 GeV/c）上升速度明显快于π±和K±，且R_dAu > 1，表明存在强烈的末态效应。
• 在最小截面d+Au碰撞中，(p+p̄)/h的产额为1.19 ± 0.05（统计）± 0.03（系统），显示几乎无中心度依赖性，且比Au+Au碰撞中低约2倍。
• Au+Au碰撞中观测到的相对重子增强并非源于初态效应，而是由末态相互作用驱动，这一点通过d+Au对比得到证实。
• 在√sNN = 200 GeV下，d+Au碰撞中的Cronin效应不能仅由初态效应解释；末态相互作用起着重要作用。
• MRPC飞行时间系统实现了85 ps的时间分辨率，并成功识别出至pT = 1.6 GeV/c的π±与K±，以及至pT = 3.0 GeV/c的质子，证明其在重离子对撞机实验中的可行性。
• 与p+p相比，d+Au中谱的硬化，特别是质子的硬化，提供了强有力的证据，表明Au+Au中粒子抑制主要源于末态介质效应，而非初态波函数的修正。