[論文レビュー] Measurement of D$^{+}$ meson production in p-Pb collisions with the ALICE detector

Riccardo Russo|arXiv (Cornell University)|Oct 20, 2015

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 46被引用数 11

ひとこと要約

本論文では、LHCのALICE検出器を用いて、√sNN = 5.02 TeVにおけるp-Pb衝突におけるD⁺メソン生成を測定した。D⁺ → K⁻π⁺π⁺の崩壊モードを分析することで、異なる横運動量および迅速度領域における核修正因子R_pPbを抽出し、陽子鉛系におけるパートンエネルギー損失およびコールド核物質効果に関する知見が得られた。

ABSTRACT

The main goal of the experimental programs on ultra-relativistic heavy ion collisions at the LHC is the production and characterization of the Quark Gluon Plasma (QGP), a phase of nuclear matter in which strongly interacting constituents (quarks and gluons) are deconfined. Heavy quarks are considered effective probes of the properties of the QGP as they are created on a short time scale, with respect to that of the QGP, and subsequently interact with it. Moreover, for a proper assessment of the characteristics of the matter produced in heavy-ion collisions, it is important to disentangle the final state effects due to the formation of a QGP from the initial state effects due to the fact that nuclei are present in the colliding system. Both initial and final state effects may lead to qualitatively similar phenomena in the observables of interest. The measurement of charmed meson production in proton-nucleus collisions allows to assess initial state effects present in nuclear collisions, under the assumption that an extended deconfined medium is not created in this kind of interactions. The nuclear modification factor of $D$ mesons in p-Pb collisions ($R_{ m pPb}$) is essential for a complete understanding of the modification of $D$ mesons momentum distributions observed in Pb-Pb collisions at $\sqrt{s_{ m NN}}$= 2.76 TeV, which is interpreted as due to the $c$-quark energy loss in the medium. In addition, some of the results obtained from high-multiplicity p-Pb collisions at LHC, such as the ridge structure in the two-particle correlation function, turned out to be unexpected, and have been interpreted in terms of final state effects such as hydrodynamic flow. These aspects make a study of charmed meson production in p-Pb collisions as a function of the event multiplicity of great interest.

研究の動機と目的

• √sNN = 5.02 TeVにおけるp-Pb衝突におけるD⁺メソン生成断面積を測定すること。
• 横運動量および迅速度の関数として核修正因子R_pPbを決定すること。
• 陽子鉛衝突におけるパートンエネルギー損失や核シャドウイングなどのコールド核物質効果を調査すること。
• 核環境下における重いクォーク生成の理論的モデルと比較可能な正確な実験データを提供すること。

提案手法

• LHCにおける√sNN = 5.02 TeVのp-Pb衝突からデータを収集するためにALICE検出器を用いる。
• 頂点再構築および粒子識別を用いて、D⁺ → K⁻π⁺π⁺の崩壊モードを通じてD⁺メソンを再構築する。
• 組み合わせ的および非D⁺背景寄与を抑えるために、運動学的およびトポロジー的選択条件を適用する。
• 横運動量（p_T）および迅速度（y）のビンごとの微分生成断面積を測定する。
• 核効果を定量化するために、R_pPb = (1/N_coll) × (dσ_pPb/dp_T)/(dσ_pp/dp_T) を計算する。
• 効率、背景、検出器応答に関する系統的不確かさの評価を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 同じ中心系エネルギーにおけるpp衝突と比較して、p-Pb衝突におけるD⁺メソン生成率はどのように異なるか？
• RQ2 R_pPbは横運動量および迅速度の関数としてどのように振る舞うか？
• RQ3 R_pPbが1から著しく逸脱している場合、パートンエネルギー損失や他のコールド核物質効果が示唆されるか？
• RQ4 測定されたD⁺生成率は、核物質中における重いクォーク生成の理論的モデルをどれほど支持または挑戦するか？

主な発見

• 測定されたp-Pb衝突におけるD⁺メソン生成断面積は、横運動量に明確な依存性を示しており、低p_T領域にピークが存在する。
• R_pPbは、ほとんどのp_Tおよびyのビンで不確かさの範囲内で1に一致しており、有意な抑制または増幅は観測されない。
• 特定の運動学的領域で1からのわずかな逸脱が観測されたが、これらは系統的不確かさの範囲内にあり、強い核媒体効果を示唆するものではない。
• 結果は、摂動的QCDおよびコールド核物質モデルに基づく理論予測と整合している。
• 本分析は、ALICE検出器が小スケール衝突系における重いフラバーはっどんの測定に正確に適していることを示している。
• 測定されたR_pPb値は、このエネルギーにおけるp-Pb系で強いパートンエネルギー損失効果が存在しないことを示唆している。