Strangeness production in 𝑝-He and 𝑝-Ne collisions at √𝑠NN = 110 GeV using the LHCb fixed-target mode

Abstract

A measurement of multiplicity-dependent strangeness production in fixed-target collisions is conducted using data from the LHCb experiment at CERN. The measurement is motivated by observations of strangeness enhancement, the increase of strangeness production as a function of multiplicity, in various collision systems reported by the ALICE collaboration. Additionally, in the context of astroparticle physics, the presence of strangeness enhancement is of interest as it could explain the muon excess observed in extensive air showers, known as the Muon Puzzle. The analysis is performed on data collected with the fixed-target configuration of the \lhcb experiment called SMOG, employing helium and neon as targets at a nucleon-nucleon centre-of-mass energy of \(110 \, \text{GeV}\). Differential cross-section ratios of the single strange particles \(K_S^0\), \(\Lambda\), and \(\overline{\Lambda}\) to charged pions are measured in intervals of rapidity in the centre-of-mass frame and transverse momentum; for the study of strangeness enhancement, these ratios are additionally provided in intervals of multiplicity. The resulting cross-section ratios are compared with predictions of state-of-the-art hadronic event generators. None of the generators provide a consistent description of the data within experimental uncertainties. No significant hints of multiplicity dependent strangeness production are observed.

In dieser Arbeit wird eine Messung der multiplizitätsabhängigen Strangeness-Produktion in Fixed-Target-Kollisionen mit Daten des LHCb-Experiments am CERN vorgestellt. Die Messung ist motiviert durch Beobachtungen von erhöhter Strangeness-Produktion als Funktion der Multiplizität, genannt Strangeness Enhancement, die von der \alice-Kollaboration in verschiedenen Kollisionssystemen gemacht wurden. Im Kontext der Astroteilchenphysik ist zudem das Auftreten von Strangeness Enhancement von Interesse, da es den als Myon-Rätsel bekannten gemessenen Myon-Überschuss in Luftschauern erklären könnte. Für die vorliegende Analyse wurden Proton-Helium- und Proton-Neon-Datensätze verwendet, die mithilfe des SMOG-Systems des LHCb-Experiments bei einer Nukleon-Nukleon-Schwerpunktsenergie von \(110 \, \text{GeV}\).aufgezeichnet wurden. Gemessen wird das Verhältnis zwischen dem differenziellen Wirkungsquerschnitt von Teilchen mit Strangeness-Quantenzahl (\(K_S^0\), \(\Lambda\), und \(\overline{\Lambda}\)) und dem differenziellen Wirkungsquerschnitt von geladenen Pionen. Die Messung erfolgt in Intervallen der Rapidität im Schwerpunktsystem sowie des Transversalimpulses. Zur Untersuchung der multiplizitätsabhängigen Strangeness-Produktion werden die Verhältnisse zusätzlich in Intervallen der Multiplizität gemessen. Die resultierenden Wirkungsquerschnittsverhältnisse werden mit den Vorhersagen gegenwärtiger Modelle hadronischer Wechselwirkungen verglichen. Keines der Modelle liefert dabei eine konsistente Beschreibung der Daten innerhalb der experimentellen Unsicherheiten. Es kann keine signifikante multiplizitätsabhängige Strangeness-Produktion beobachtet werden.