e-Article
Measurements of Proton High Order Cumulants in 3 GeV Au+Au Collisions and Implications for the QCD Critical Point
Document Type
Working Paper
Author
STAR Collaboration; Abdallah, M. S.; Aboona, B. E.; Adam, J.; Adamczyk, L.; Adams, J. R.; Adkins, J. K.; Agakishiev, G.; Aggarwal, I.; Aggarwal, M. M.; Ahammed, Z.; Alekseev, I.; Anderson, D. M.; Aparin, A.; Aschenauer, E. C.; Ashraf, M. U.; Atetalla, F. G.; Attri, A.; Averichev, G. S.; Bairathi, V.; Baker, W.; Cap, J. G. Ball; Barish, K.; Behera, A.; Bellwied, R.; Bhagat, P.; Bhasin, A.; Bielcik, J.; Bielcikova, J.; Bordyuzhin, I. G.; Brandenburg, J. D.; Brandin, A. V.; Bunzarov, I.; Cai, X. Z.; Caines, H.; Sánchez, M. Calderón de la Barca; Cebra, D.; Chakaberia, I.; Chaloupka, P.; Chan, B. K.; Chang, F-H.; Chang, Z.; Chankova-Bunzarova, N.; Chatterjee, A.; Chattopadhyay, S.; Chen, D.; Chen, J.; Chen, J. H.; Chen, X.; Chen, Z.; Cheng, J.; Chevalier, M.; Choudhury, S.; Christie, W.; Chu, X.; Crawford, H. J.; Csanád, M.; Daugherity, M.; Dedovich, T. G.; Deppner, I. M.; Derevschikov, A. A.; Dhamija, A.; Di Carlo, L.; Didenko, L.; Dixit, P.; Dong, X.; Drachenberg, J. L.; Duckworth, E.; Dunlop, J. C.; Elsey, N.; Engelage, J.; Eppley, G.; Esumi, S.; Evdokimov, O.; Ewigleben, A.; Eyser, O.; Fatemi, R.; Fawzi, F. M.; Fazio, S.; Federic, P.; Fedorisin, J.; Feng, C. J.; Feng, Y.; Filip, P.; Finch, E.; Fisyak, Y.; Francisco, A.; Fu, C.; Fulek, L.; Gagliardi, C. A.; Galatyuk, T.; Geurts, F.; Ghimire, N.; Gibson, A.; Gopal, K.; Gou, X.; Grosnick, D.; Gupta, A.; Guryn, W.; Hamad, A. I.; Hamed, A.; Han, Y.; Harabasz, S.; Harasty, M. D.; Harris, J. W.; Harrison, H.; He, S.; He, W.; He, X. H.; He, Y.; Heppelmann, S.; Herrmann, N.; Hoffman, E.; Holub, L.; Hu, Y.; Huang, H.; Huang, H. Z.; Huang, S. L.; Huang, T.; Huang, X.; Huang, Y.; Humanic, T. J.; Igo, G.; Isenhower, D.; Jacobs, W. W.; Jena, C.; Jentsch, A.; Ji, Y.; Jia, J.; Jiang, K.; Ju, X.; Judd, E. G.; Kabana, S.; Kabir, M. L.; Kagamaster, S.; Kalinkin, D.; Kang, K.; Kapukchyan, D.; Kauder, K.; Ke, H. W.; Keane, D.; Kechechyan, A.; Kelsey, M.; Khyzhniak, Y. V.; Kikoła, D. P.; Kim, C.; Kimelman, B.; Kincses, D.; Kisel, I.; Kiselev, A.; Knospe, A. G.; Ko, H. S.; Kochenda, L.; Kosarzewski, L. K.; Kramarik, L.; Kravtsov, P.; Kumar, L.; Kumar, S.; Elayavalli, R. Kunnawalkam; Kwasizur, J. H.; Lacey, R.; Lan, S.; Landgraf, J. M.; Lauret, J.; Lebedev, A.; Lednicky, R.; Lee, J. H.; Leung, Y. H.; Lewis, N.; Li, C.; Li, W.; Li, X.; Li, Y.; Liang, X.; Liang, Y.; Licenik, R.; Lin, T.; Lin, Y.; Lisa, M. A.; Liu, F.; Liu, H.; Liu, P.; Liu, T.; Liu, X.; Liu, Y.; Liu, Z.; Ljubicic, T.; Llope, W. J.; Longacre, R. S.; Loyd, E.; Lukow, N. S.; Luo, X. F.; Ma, L.; Ma, R.; Ma, Y. G.; Magdy, N.; Mallick, D.; Margetis, S.; Markert, C.; Matis, H. S.; Mazer, J. A.; Minaev, N. G.; Mioduszewski, S.; Mohanty, B.; Mondal, M. M.; Mooney, I.; Morozov, D. A.; Mukherjee, A.; Nagy, M.; Nam, J. D.; Nasim, Md.; Nayak, K.; Neff, D.; Nelson, J. M.; Nemes, D. B.; Nie, M.; Nigmatkulov, G.; Niida, T.; Nishitani, R.; Nogach, L. V.; Nonaka, T.; Nunes, A. S.; Odyniec, G.; Ogawa, A.; Oh, S.; Okorokov, V. A.; Page, B. S.; Pak, R.; Pan, J.; Pandav, A.; Pandey, A. K.; Panebratsev, Y.; Parfenov, P.; Pawlik, B.; Pawlowska, D.; Perkins, C.; Pinsky, L.; Pluta, J.; Pokhrel, B. R.; Ponimatkin, G.; Porter, J.; Posik, M.; Prozorova, V.; Pruthi, N. K.; Przybycien, M.; Putschke, J.; Qiu, H.; Quintero, A.; Racz, C.; Radhakrishnan, S. K.; Raha, N.; Ray, R. L.; Reed, R.; Ritter, H. G.; Robotkova, M.; Rogachevskiy, O. V.; Romero, J. L.; Roy, D.; Ruan, L.; Rusnak, J.; Sahoo, A. K.; Sahoo, N. R.; Sako, H.; Salur, S.; Sandweiss, J.; Sato, S.; Schmidke, W. B.; Schmitz, N.; Schweid, B. R.; Seck, F.; Seger, J.; Sergeeva, M.; Seto, R.; Seyboth, P.; Shah, N.; Shahaliev, E.; Shanmuganathan, P. V.; Shao, M.; Shao, T.; Sheikh, A. I.; Shen, D. Y.; Shi, S. S.; Shi, Y.; Shou, Q. Y.; Sichtermann, E. P.; Sikora, R.; Simko, M.; Singh, J.; Singha, S.; Skoby, M. J.; Smirnov, N.; Söhngen, Y.; Solyst, W.; Song, Y.; Sorensen, P.; Spinka, H. M.; Srivastava, B.; Stanislaus, T. D. S.; Stefaniak, M.; Stewart, D. J.; Strikhanov, M.; Stringfellow, B.; Suaide, A. A. P.; Sumbera, M.; Summa, B.; Sun, X. M.; Sun, X.; Sun, Y.; Surrow, B.; Svirida, D. N.; Sweger, Z. W.; Szymanski, P.; Tang, A. H.; Tang, Z.; Taranenko, A.; Tarnowsky, T.; Thomas, J. H.; Timmins, A. R.; Tlusty, D.; Todoroki, T.; Tokarev, M.; Tomkiel, C. A.; Trentalange, S.; Tribble, R. E.; Tribedy, P.; Tripathy, S. K.; Truhlar, T.; Trzeciak, B. A.; Tsai, O. D.; Tu, Z.; Ullrich, T.; Underwood, D. G.; Upsal, I.; Van Buren, G.; Vanek, J.; Vasiliev, A. N.; Vassiliev, I.; Verkest, V.; Videbæk, F.; Vokal, S.; Voloshin, S. A.; Wang, F.; Wang, G.; Wang, J. S.; Wang, P.; Wang, X.; Wang, Y.; Wang, Z.; Webb, J. C.; Weidenkaff, P. C.; Wen, L.; Westfall, G. D.; Wieman, H.; Wissink, S. W.; Witt, R.; Wu, J.; Wu, Y.; Xi, B.; Xiao, Z. G.; Xie, G.; Xie, W.; Xu, H.; Xu, N.; Xu, Q. H.; Xu, Y.; Xu, Z.; Yan, G.; Yang, C.; Yang, Q.; Yang, S.; Yang, Y.; Ye, Z.; Yi, L.; Yip, K.; Yu, Y.; Zbroszczyk, H.; Zha, W.; Zhang, C.; Zhang, D.; Zhang, J.; Zhang, S.; Zhang, X. P.; Zhang, Y.; Zhang, Z. J.; Zhang, Z.; Zhao, J.; Zhou, C.; Zhou, Y.; Zhu, X.; Zurek, M.; Zyzak, M.
Source
Physical Review Letters 128, 202303 (2022)
Subject
Language
Abstract
We report cumulants of the proton multiplicity distribution from dedicated fixed-target Au+Au collisions at 3.0 GeV, measured by the STAR experiment in the kinematic acceptance of rapidity ($y$) and transverse momentum ($p_{\rm T}$) within $-0.5 < y<0$ and $0.4 < p_{\rm T} <2.0 $ GeV/$c$. In the most central 0--5\% collisions, a proton cumulant ratio is measured to be $C_4/C_2=-0.85 \pm 0.09 ~(\rm stat.) \pm 0.82 ~(\rm syst.)$, which is less than unity, the Poisson baseline. The hadronic transport UrQMD model reproduces our $C_4/C_2$ in the measured acceptance. Compared to higher energy results and the transport model calculations, the suppression in $C_4/C_2$ is consistent with fluctuations driven by baryon number conservation and indicates an energy regime dominated by hadronic interactions. These data imply that the QCD critical region, if created in heavy-ion collisions, could only exist at energies higher than 3\,GeV.