Chirons, geminions, centauros, decays into pions: a phenomenological and theoretical analysis

Summary

We analyse the data on multiple production of hadrons from very-high-energy interactions, both at cosmic-ray energies and at accelerator energies. We show that these data are compatible with a discrete mass spectrum of fireballs, which are formed in the very-high-energy collisions and trail the colliding hadrons after the interaction. Such fireballs seem to possess different decay modes: either into pions only, or into baryons only. The decays are statistical and we derive their temperature; for instance, in the so-called «Chiron mode» the temperature is about 10 GeV, which shows that the existence of a limiting temperature of 160 MeV in high-energy collisions is violated. Moreover, we present a theoretical model for decay events like Chirons, Centauros and Geminions in terms of evaporating «strong black-holes». Our analysis seems to suggest—among the others—that in the considered collisions some «phase transitions» can take place, associated with the collapse of the colliding matter inside its strong-Schwarzschild horizons. The horizon radii are in good agreement with experience and, in their turn, yield the transition temperatures through a Hawking-like relation. At these very high temperatures the emission of heavy objects is expected to be enhanced, so as it is observed experimentally. Many aspects of the data are reasonably well explained by our theoretical model.

Riassunto

Si analizzano i dati sulla produzione multipla di adroni in interazioni ad altissima energia, prodotte sia da raggi cosmici, sia in macchine acceleratrici. Si mostra come questi dati siano compatibili con una serie discreta di fireball, generate nelle dette collisioni ad altissima energia e che proseguono nella direzione degli adroni incidenti. Tali fireball sembrano possedere diversi modi di decadimento, o in soli pioni, o in soli barioni. I decadimenti sono statistici e se ne ricava la temperatura corrispondente; ad esempio, nel cosiddetto «Chiron-mode» (o modo chironico), la temperatura risulta di cirea 10 GeV, il che mostra che l'usuale limite di 160 MeV per le collisioni ad alta energia è qui ampamente violato. Si presenta inoltre un modello teorico per i decadimenti del tipo a Chironi, a Centauri e a Gemini basato sull'evaporazione di opportuni «buchi neri forti». La presente analisi sembra suggerire—tra l'altro—che nelle collisioni considerate abbiano luogo delle «transizioni di fase», associate al collasso della materia collidente all'interno dei suoi orizzonti (tipo Schwarzschild) forti. I raggi degli orizzonti risultano in buon accordo con l'esperienza e, a loro volta, forniscono la temperatura della transizione per mezzo di una relazione di tipo Hawking. A tali altissime temperature ci si aspetta che l'emissione di oggetti pesanti sia favorita, cosí come si osserva sperimentalmente. Molti aspetti dei dati sperimentali sono spiegati ragionevolmente bene dal modello teorico proposto.

Резюме

Мы анализируем данные по множественному рождению в соударениях при очень больших энергиях, при энергияи космических лучей и при энергиях, достижимых на ускорителях. Мы показываем, что эти данные согласуются с дискретным спектром масс файрболов, которые образуются в соударениях при очень высоких энергиях и сопровождают соударяющиеся адроны после взаимодействия. Такие файрболы обладают различными модами распада: только в пионы или только в барионы. Распады являются статистическими. Мы определяем температуры соответствующх распадов. Например, температура в так называемой «Киронной моде» составляет 10 ГэВ. Мы предлагаем теоретическую модель для событий событий распада, подобных Киронам, Двойникам и Кентаврам, в терминах испарения «сильных черных дыр». Наш анализ предполагает, что в рассмотренных соударениях могут нметь место “фазовые переходы», связанные с коллапсом соударяющегося вещества внутри сильных горизонтов (типа Шварцшильда). Радиусы горизонтов согласуются с экспериментом и определяют температуры переходов через соотношение типа Хавкинга. При таких очень высоких температурах ожидается, что эмиссия тяжелых объектов увеличивается, что наблюдается экспериментально. Многие аспекты экспериментальных данных находят объяснение в рамках предложенной нами теоретической молели.