[论文解读] Transverse mass spectra and scaling of hadrons at RHIC and LHC energies

P. K. Khandai, P. Sett+2 more|arXiv (Cornell University)|May 3, 2012

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 4被引用 4

一句话总结

本研究调查了在RHIC和LHC能量下，p+p、d+Au和Au+Au碰撞中介子与重子的横向质量（$m_T$）标度行为。通过使用改进的Hagedorn拟合函数，研究发现，在$√s_{NN}$ = 200 GeV的p+p和d+Au体系中，重子与质子表现出$m_T$标度，但在中心Au+Au碰撞中，奇异重子因介质效应而偏离标度。在LHC能量（$√s$ = 900 GeV）下，$m_T$标度对$Λ$和$Ω$重子表现良好，但对kaons和$φ$介子则失效，表明标度行为具有能量和体系依赖性。

ABSTRACT

We present a systematic study of transverse mass spectra ($m_T$) of mesons and baryons at RHIC and LHC energies. In an earlier study, it was shown that all the mesons produced in p+p and d+Au collisions at $\sqrt{s_{NN}}$ = 200 GeV follow $m_T$ scaling while in Au+Au collisions at same energy the mesons with strange and charm quark contents do not follow $m_T$ scaling which can be attributed to medium modifications. We extend this study for baryons produced in all above colliding systems at $\sqrt{s_{NN}}$ = 200 GeV. Although all available baryon spectra behave differently from mesons but are found to scale with protons for both p+p and d+Au collisions. In case of Au+Au collisions, the strange baryons behave differently from protons. This study has also been performed on the meson spectra in p+p collisions at 62.4 GeV which lies in between the highest RHIC energy and SPS energy where the $m_T$ scaling was first observed and we arrive at same conclusions as those at 200 GeV. We test the $m_T$ scaling at LHC with the first meson spectra measured in p+p collisions at 900 GeV and find that the $m_T$ spectra of kaons and $ϕ$ do not scale with pions. Thus $m_T$ scaling which was working well up to p+p collisions at 200 GeV seems to be broken. Here we use all data measured in the mid rapidity region. Baryon to meson ratio is studied as a function of $m_T$, at different energies and for different systems and is found that this ratio for p+p at 900 GeV is quite different from that in p+p collisions at RHIC energies.

研究动机与目标

• 系统分析在RHIC和LHC能量下，不同碰撞体系中介子与重子的横向质量（$m_T$）谱。
• 检验此前在介子中观察到的$m_T$标度是否适用于在$√s_{NN}$ = 200 GeV下的p+p、d+Au和Au+Au碰撞中的重子。
• 将$m_T$标度分析扩展至较低能量（62.4 GeV）和较高能量（900 GeV）的p+p碰撞，以评估能量依赖性。
• 利用首份可用的$√s$ = 900 GeV p+p数据，评估LHC能量下$m_T$标度的有效性。
• 量化不同能量和体系下质子与π介子比值随$m_T$的变化，以探究强子产生机制。

提出的方法

• 使用参数化为$m_T$函数的改进Hagedorn公式拟合横向动量谱，其中参数$A$、$a$、$b$、$p_0$和$n$由π介子或质子数据获得。
• 通过将π介子或质子的拟合函数$f_{\pi/p}(m_T)$重新标度，应用$m_T$标度，利用归一化因子$S$预测其他强子的谱。
• 利用实验测得的介子（$K^\pm$、$K_S^0$、$\phi$）和重子（$\Lambda$、$\Xi$、$\Omega$）的$m_T$谱，通过与标度函数比较提取$S$值。
• 在多个体系中进行拟合：$√s_{NN}$ = 200 GeV下的p+p、d+Au和Au+Au，以及62.4 GeV和900 GeV下的p+p。
• 分析Au+Au碰撞中的中心度依赖性，以评估介质效应对标度行为的影响。
• 将$m_T$标度谱与不同能量和体系下的实测数据进行比较，以评估标度质量。

实验结果

研究问题

• RQ1 在$√s_{NN}$ = 200 GeV的p+p和d+Au碰撞中，重子是否与质子遵循$m_T$标度？
• RQ2 在中心与外围Au+Au碰撞中，奇异重子（$\Lambda$、$\Xi$、$\Omega$）的$m_T$标度有何不同？
• RQ3 在LHC能量（$\u221As$ = 900 GeV）下，p+p碰撞中$m_T$标度是否适用于介子和重子？
• RQ4 在不同能量和碰撞体系下，$m_T$随质子与π介子比值如何变化？
• RQ5 在中间能量（62.4 GeV）下，$m_T$标度是否一致，该能量下首次观察到标度行为？

主要发现

• 在$√s_{NN}$ = 200 GeV的p+p和d+Au碰撞中，重子的$m_T$谱与质子谱表现出良好的标度，$\Lambda$/p、$\Xi$/p和$\Omega$/p的$S$值分别为0.785 $\pm$ 0.021、0.140 $\pm$ 0.030和0.060 $\pm$ 0.022。
• 在$√s_{NN}$ = 200 GeV的中心Au+Au碰撞中，奇异重子偏离$m_T$标度，$\Lambda$/p在10–20%中心度下降至0.70 $\pm$ 0.09，表明存在介质效应。
• 在LHC能量（$\u221As$ = 900 GeV）下，$m_T$标度能良好再现$\Lambda$和$\Xi$的谱，$\Lambda$/p = 0.93 $\pm$ 0.20，但对$K^\pm$和$\phi$介子失效。
• $\phi$介子的$m_T$标度谱在900 GeV下与数据严重不符，$\phi$/\pi归一化因子$S$ = 0.23 $\pm$ 0.02，表明标度失效。
• 在900 GeV的p+p碰撞中，质子与π介子比值显著低于200 GeV，且在$m_T$ ~ 2 GeV处，高能下的比值明显更小。
• 在62.4 GeV下，介子的$m_T$标度成立，$K^\pi$归一化因子$S$ = 0.38 $\pm$ 0.02，证实标度在中间能量下依然有效。