[論文レビュー] Calibrating the In-Medium Behavior of Quarkonia

Helmut Satz|arXiv (Cornell University)|Mar 14, 2013

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 3被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、$J/\psi$の生成率と開放charmの生成率を比較することで、クォーカーハイドロジック生成のモデルに依存しないキャリブレーション手法を提案する。生存確率として $R_{AA}(J/\psi)/R_{AA}(c\bar{c})$ を用いる。主な結果として、LHCおよびRHICの高 $P_T$ ではこの比が1に達し、抑制または増幅がないことを示す。一方、RHICの低 $P_T$ では $c\bar{c}$ 生成が減少することで $J/\psi$ の抑制が観測され、これは媒体効果が運動量に依存することを示唆する。

ABSTRACT

Quarkonium production has been considered as a tool to study the medium formed in high energy nuclear collisions, assuming that the formation of a hot and dense environment modifies the production pattern observed in elementary collisions. The basic features measured there are the relative fractions of hidden to open heavy flavor and the relative fractions of the different hidden heavy flavor states. Hence the essential question is if and how these quantities are modified in nuclear collisions. We show how the relevant data must be calibrated, i.e., what reference has to be used, in order to determine this in a model-independent way.

研究の動機と目的

• 理論的仮定に依存するパラメータ化による、クォーカーハイドロジック生成における抑制の解釈に長年の曖昧さが生じるのを解消すること。
• パートオンダイナミクスや結合メカニズムに関する理論的仮定に依存しない、媒体効果の基準フレームを確立すること。
• 重イオン衝突における観測された $J/\psi$ の抑制が、媒体由来の解離によるものか、$c\bar{c}$ 生成の変化によるものかを明確にすること。
• 測定可能な $J/\psi$ と開放charmの生成率の比に基づいた、堅牢な実験的観測量（$J/\psi$ の生存確率）を提供すること。

提案手法

• モデルに依存しない生存確率 $S_{J/\psi} = \left( N_{AA}(J/\psi)/N_{AA}(c\bar{c}) \right) / \left( N_{pp}(J/\psi)/N_{pp}(c\bar{c}) \right) $ を定義する。
• $J/\psi$ と開放charm（$c\bar{c}$）の $R_{AA}$ 比を用い、同じ中心性および運動的条件での $AA$ と $pp$ 衝突における生成率を比較する。
• 色蒸発モデルを用い、定数 $g_{c\bar{c} \to J/\psi}$ を介して $c\bar{c}$ 生成と $J/\psi$ の生成率を関連づけ、エネルギーに依存しないと仮定する。
• $P_T$ および迅速性の同じビンで $J/\psi$ と $c\bar{c}$ 生成率を相関させ、初期状態の変更とは分離して媒体効果を特定する。
• LHCおよびRHIC（PHENIX、STAR）の実験データを用い、異なる運動的領域でこの手法を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにしてクォーカーハイドロジック生成における媒体効果に関するモデルに依存しない情報を抽出するか？
• RQ2 重イオン衝突における観測された $J/\psi$ の抑制は、媒体由来の解離によるものか、$c\bar{c}$ 生成の変化によるものか？
• RQ3 $J/\psi$ の生存確率は、異なる運動的領域で一定であるか、それとも $P_T$ や迅速性に依存するか？
• RQ4 初期状態効果（シャドウイングやエネルギー損失など）は、$J/\psi$ と開放charmの生成率比にどの程度影響を及ぼすか？

主な発見

• LHCの $pp$ および $AA$ 衝突における高 $P_T$ では、比 $R_{AA}(J/\psi)/R_{AA}(c\bar{c})$ が1に達し、$J/\psi$ 生成が開放charmに対して抑制または増幅されていないことを示す。
• RHICの $Cu-Cu$ 衝突における低 $P_T$ では、$R_{AA}(J/\psi)$ は中心性とともに著しく減少するが、$R_{AA}(c\bar{c})$ はほぼ1のままであるため、$J/\psi$ 生成が開放charmに対して抑制されていることが示される。
• $J/\psi$ の生存確率 $S_{J/\psi}$ は高 $P_T$ で1であり、媒体由来の抑制がないことを確認するが、低 $P_T$ の最も中心的な衝突では約25％に低下し、強い抑制が生じていることを示す。
• 低 $P_T$ での観測された抑制は、$J/\psi$ の解離ではなく、前方迅速度領域における $c\bar{c}$ 生成率の低下によるものと考えられ、$pA$ および $AA$ 衝突でも $c\bar{c}$ 生成の抑制が確認されている。
• フェルミラブの $pA$ 衝突データから、前方迅速度領域での開放charmの抑制が観測され、これはRHICにおける $J/\psi$ の抑制の運動量依存性と整合的である。