[論文レビュー] Dileptons from correlated D- and $\bar{ ext{D}}$-meson decays in the invariant mass range of the QGP thermal radiation using the UrQMD hybrid model

Thomas Lang, Hendrik van Hees+2 more|arXiv (Cornell University)|May 31, 2013

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、重イオン衝突における相関するDおよびD̄-メソンの崩壊からの二重レプトン生成を、相対論的ランジュバン法を用いたウルクムハイブリッドモデルで計算した。1–3 GeVの不変質量範囲における測定された二重レプトン生成断面積は、D-メソン崩壊による予測を上回っており、これはクォーク-グルーオンプラズマ（QGP）の熱的放射に有意な寄与がある可能性を示唆している。これは、この質量窓におけるQGPの信号である可能性がある。

ABSTRACT

Relativistic heavy-ion collisions produce a hot and dense thermalized medium, that is expected to emit thermal radiation in form of dileptons. These dileptons are not affected by the strong force and are therefore a clean probe for the possible creation of a Quark Gluon Plasma (QGP). However, electroweak decays of open-charm mesons are expected to induce a substantial background in the invariant mass region between the $ϕ$ and $J/Ψ$ peak ($1\, ext{GeV} \lesssim M_{\ell^+ \ell^-} \lesssim 3 \, ext{GeV}$) of the thermal QGP radiation. To evaluate this background radiation we apply a Langevin approach for the transport of charm quarks in the UrQMD (hydrodynamics + Boltzmann) hybrid model. Due to the inclusion of event-by-event fluctuations and a full (3+1)-dimensional hydrodynamic evolution, the UrQMD hybrid approach provides a more realistic model for the evolution of the matter produced in heavy ion collisions as compared to simple homogeneous fireball expansions usually employed before. As drag and diffusion coefficients we use a resonance approach for elastic heavy-quark scattering and assume a decoupling temperature of the charm quarks from the hot medium of $130\, ext{MeV}$. For the hadronization of the charm quarks we employ a coalescence approach at the decoupling temperature from the medium. In this letter we present our calculations of the D-meson correlations and the invariant mass spectra of the dilepton decays in heavy-ion collisions at FAIR, RHIC, and LHC energies using different interaction scenarios.

研究の動機と目的

• 1–3 GeVの不変質量範囲における、熱的QGP放射を調べる上で重要な領域である、相関するDおよびD̄-メソン崩壊からの二重レプトン背景を定量化すること。
• 中間体との相互作用が二重レプトンスペクトルおよび角度相関に与える影響を評価すること。
• この質量窓における観測された二重レプトン生成断面積が、D-メソン崩壊による寄与のみを上回っているかどうかを特定し、熱的QGP放射の兆候があるかどうかを検証すること。
• RHICおよびLHCのPHENIX実験データ（特に非光子電子およびD-メソン観測量）を用いてモデルを検証すること。

提案手法

• ウルクムハイブリッドモデルは、(3+1)次元の理想流体力学と輸送ダイナミクスを組み合わせ、重イオン衝突における高温高密度な中間体の時間発展をシミュレートする。
• 相対論的ランジュバン法を用いてcharmクォークの輸送をモデル化し、レゾナントに基づく散乱アプローチから導かれた抵抗力および拡散係数を組み込む。
• charmクォークは130 MeVで中間体から分離され、DおよびD̄-メソンへと凝集機構によってハドロン化する。
• 二重レプトンスペクトルは、相関するDおよびD̄-メソンの崩壊から計算され、3つのシナリオを検討する：相互作用なし、物理的相互作用係数、極端な熱化。
• モデルにはイベントごとのフラクチュエーションと完全な3+1次元流体力学的発展を含み、均一な火焔球モデルに比べて現実性が向上する。
• 結果は、PYTHIA pp基準で正規化されたPHENIXの二重レプトン不変質量スペクトルおよび角度相関と比較される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1–3 GeVの不変質量範囲における観測された二重レプトン生成断面積は、相関するDおよびD̄-メソン崩壊による寄与のみを上回っているか？
• RQ2 中間体との相互作用（抵抗力および拡散）が、二重レプトンの角度相関および不変質量スペクトルにどのように影響するか？
• RQ3 D-メソン崩壊による予測と実験データとの乖離は、クォーク-グルーオンプラズマからの熱的放射に起因すると説明できるか？
• RQ4 異なる相互作用シナリオ（相互作用なし、物理的、極端な熱化）が、予測される二重レプトンスペクトルおよび相関にどの程度の影響を及ぼすか？

主な発見

• charmクォーク-中間体相互作用なしの計算では、1–3 GeV範囲における測定された二重レプトン生成断面積が再現され、中間体効果がない場合にD-メソン崩壊のみでデータを説明できる可能性を示唆している。
• 現実的な抵抗力および拡散係数を組み込むと、予測される二重レプトン生成断面積は実験データよりも著しく低減される。
• 物理的シナリオと実験データとの乖離は、1–3 GeVの不変質量窓で顕著に増大し、QGPの熱的放射による寄与の可能性を示唆している。
• 極端な熱化シナリオでは、高不変質量二重レプトンが強く抑制され、データから大きく外れる。これは、スペクトルが相互作用強度に非常に敏感であることを示している。
• 抵抗力および拡散が強くなると、角度相関関数は平坦化するが、これは以前の研究結果と一致する。一方、極端な熱化は、径方向および楕円形流れに起因して小角度相関を強化する。
• モデルは、D-メソンの角度相関の直接測定が、QGP背景とD崩壊寄与を分離するのに役立つ可能性を示唆している。