[論文レビュー] Heavy-flavor dynamics in relativistic p-Pb collisions at $\sqrt{S_{NN}}=5.02$ TeV

Yingru Xu, Shanshan Cao+5 more|arXiv (Cornell University)|Oct 26, 2015

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 5

ひとこと要約

本研究は、√sNN = 5.02 TeVにおけるp-Pb衝突における重味クォークの力学を、(3+1)次元の粘性流体力学モデルと、衝突損失および放射能損失を含む改善されたランジュバンフレームワークを組み合わせたもので調査している。中間媒質の時間発展は、低pT領域ではDメソンのR_{pPb}を増大させるが、中間pT領域では抑制する。また、光量ハドロンと比較してDメソンのv2が顕著に小さいことを予測しており、これは短命で小規模な媒体におけるQGPへの完全な結合が得られていないことを示唆している。

ABSTRACT

We investigate the heavy flavor dynamics in the quark-gluon plasma (QGP) medium created in p-Pb collisions at the CERN Large Hadron Collider (LHC). In the (3+1)-dimensional viscous hydrodynamics model describing QGP medium, the dynamics of heavy quarks are studied in an improved Langevin framework incorporating both collisional and radiative energy loss. The hadronization of the heavy quarks is given by a hybrid model of fragmentation and recombination. We find that the in-medium evolution of charm quarks raises the D-meson $R_{pPb}$ at low transverse momenta while it suppresses the D-meson $R_{pPb}$ at intermediate momenta. In addition, the elliptic flow of D-meson is calculated. For a diffusion coefficient which reproduces central $R_{AA}$ data at the LHC, we find a much smaller D-meson $v_2$ compared to the light hadrons. This observation indicates an incomplete coupling between heavy quarks with the medium, due to the reduced medium size compared to AA collisions.

研究の動機と目的

• √sNN = 5.02 TeVにおけるp-Pb衝突で形成されるクォーク・グルーオン・プラズマ（QGP）における重味クォークの媒体内力学を理解すること。
• 中心性依存のDメソンの核修飾因子を用いて、冷核物質（CNM）効果と熱核物質（HNM）効果を分離すること。
• 楕円流れ測定を用いて、charmクォークがQGP媒体にどの程度熱平衡状態に達しているか、およびどの程度結合しているかを評価すること。
• p-Pb衝突におけるR_{AA}とv2を同時に記述できる単一の拡散係数の整合性を検証すること。

提案手法

• η/s = 0.08を有する(3+1)次元の粘性流体力学モデル（vHLLE）がQGP媒体の時間発展を記述する。
• 改善されたランジュバンアプローチにより、抵抗、確率的力、放射能反動を介した重味クォークのエネルギー損失をモデル化し、空間的拡散係数Dを唯一の自由パラメータとする。
• 初期状態のパートン分布は、CTEQおよびEPS09パラメータ化を用いたpQCDで計算され、核シャドウイングを含む。
• 重味クォークのハドロン化は、ハイブリッドフラグメンテーションと再結合のアプローチでモデル化され、低〜中間pT領域で再結合が支配的である。
• QGPの粒子化にはコOPER-FRYEの規定が用いられ、観測量はpTおよび|η|のカットを適用して計算される。
• 拡散係数Dは、√sNN = 2.76 TeVにおける中央部Pb-PbのR_{AA}データに一致するように調整され、R_{pPb}にはD(2πT) = 5.0、v2の比較にはD(2πT) = 0.5が使用された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 媒体内時間発展は、5.02 TeVにおけるp-Pb衝突のDメソンの核修飾因子R_{pPb}にどのように影響を与えるか？
• RQ2 CNMおよびHNM効果は、異なる中心性クラスにおいて観測されたDメソンR_{pPb}にどの程度寄与しているか？
• RQ3 なぜp-Pb衝突におけるDメソンの楕円流れv2は、光量ハドロンと比べて顕著に小さいのか？
• RQ4 単一の拡散係数が、p-Pb衝突におけるR_{AA}とv2の両方を一貫して記述できるか？
• RQ5 R_{pPb}とv2の予測の不一致は、charmクォークがQGP媒体にどの程度の強さで結合しているかを示唆しているか？

主な発見

• 媒体内時間発展を含めることで、初期状態の核シャドウイングのみに比べ、低横運動量（pT < 5 GeV）領域のDメソンR_{pPb}が増大する。
• 中間pT領域（5–10 GeV）では、媒体内時間発展が初期状態効果を上回る追加の抑制を引き起こす。
• R_{pPb}の中心性依存性は、外縁から中心部にかけて抑制が増大する傾向を示し、CNMおよびHNM寄与を分離する手がかりを提供する。
• Pb-PbのR_{AA}に一致するD(2πT) = 5.0を用いる場合、Dメソンのv2は光量ハドロンと比べて強く抑制され、媒体への完全な結合が得られていないことを示唆する。
• Dメソンv2をよりよく記述するためには、D(2πT) = 0.5の小さな拡散係数が必要だが、これは格子QCDの制約と矛盾しており、モデルに矛盾を生じさせている。
• Dメソンのv2はcharmクォークのそれと類似しており、再結合が最終的なDメソンv2の形を決定づける役割を果たしているとは考えにくい。