[論文レビュー] Measurement of the Open Charm Cross-Section in $\sqrt{s_{NN}}$ = 200 GeV Cu+Cu Collisions at STAR

Stephen Baumgart|arXiv (Cornell University)|Sep 26, 2007

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、RHICにおける200 GeVのCu+Cu衝突（$√{s_{NN}}$ = 200 GeV）において、$D^0$および$¯{D^0}$の$K\pi$崩壊チャンネルを用いた直接再構成により、中迅速度領域の開放charmクォーク断面積を測定した。測定されたcharm断面積は、二体衝突あたり1.30 ± 0.25 mbであり、二体スケーリングの確認と、初期状態のハード散乱過程による生成を示唆しており、FONLLモデルの予測値が低く抑えられている可能性を示唆している。

ABSTRACT

We present the mid-rapidity $(D^{0} + \bar{D^{0}})/2$ yield measured in $\sqrt{s_{NN}}$ = 200 GeV Cu+Cu collisions at RHIC via direct reconstruction through the $Kπ$ decay channel. A charm cross-section is reported and compared to theoretical predictions and to previous RHIC experimental results.

研究の動機と目的

• RHICにおける200 GeVのCu+Cu衝突で、$D^0$および$\overline{D^0}$を$K\pi$崩壊チャンネルを用いた直接再構成により、開放charm断面積を測定すること。
• charm生成が、初期ハード散乱過程に期待されるように、二体核子-核子衝突数に比例するかを検証すること。
• 測定されたcharm断面積を理論的FONLL予測と比較し、STARおよびPHENIXの以前のRHIC測定結果とも比較すること。
• 実験データとFONLL計算との間の乖離を調査し、現在のモデルに欠落している物理的要因がある可能性を示唆すること。

提案手法

• 不変質量再構成式 $m_{D^0} = \sqrt{m_\pi^2 + m_K^2 + 2(E_\pi E_K - |p_\pi||p_K|\cos\theta)}$ を用いて、$D^0$および$\overline{D^0}$を$K\pi$崩壊チャンネルで再構成する。
• 150°から210°まで毎5°ずつ運動量空間で1つのミューオン-パイオンペアを回転させることで背景を推定・減算する回転法を用い、相関のない背景を除去する。
• 不変質量スペクトルにガウス関数と一次多項式の和をフィットし、$D^0+\overline{D^0}$ピークの統計的有意水準を4.6σに達成した。
• STAR TPCの詳細なGEANTシミュレーションを用いて、検出器の効率と受容域補正を行い、$3.80 \pm 0.07\%$の分岐比補正を適用する。
• 横運動量スペクトルを$m_t - m_0$指数関数でフィットし、$dN_{D^0}/dy$の生成断面積を抽出する。
• 二体衝突あたりの断面積に変換するための式 $\sigma_{c\overline{c}}^{NN} = (dN_{D^0}/dy) \times (\sigma_{pp}^{inelastic}/N_{bin}^{CuCu}) \times (f/R)$ を用いる。ここで $\sigma_{pp}^{inelastic} = 42$ mb、$N_{bin}^{CuCu} = 51.5^{+1.0}_{-2.9}$、$f = 4.7 \pm 0.7$、$R = 0.54 \pm 0.05$ である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 200 GeVのCu+Cu衝突におけるcharm生成は、初期ハード散乱過程に期待されるように、二体核子-核子衝突数に比例するか？
• RQ2 200 GeVでの測定された開放charm断面積は、このエネルギーにおける理論的FONLL予測とどのように比較されるか？
• RQ3 以前のSTARおよびPHENIXのcharm断面積測定値の乖離は、統計的有意性があるのか、あるいは系統的不確かさの範囲内に収まっているのか？
• RQ4 観測されたCu+Cu衝突におけるcharm断面積は、初期段階の衝突におけるグルーオン融合によるcharm生成の仮説を支持するか？

主な発見

• 回転法による背景減算後、$D^0 + \overline{D^0}$の不変質量ピークは4.6σの統計的有意水準で観測された。
• 横運動量スペクトルの$m_t - m_0$指数関数フィットにより、中迅速度領域の$dN_{D^0}/dy$生成断面積は0.184 ± 0.035（統計的不確かさ）として測定された。
• Cu+Cu衝突における予備的なcharm断面積（二体衝突あたり）は1.30 ± 0.25 mbであり、p+pから中央部Au+Auまでに観測された二体スケーリングと整合的である。
• 測定された断面積はFONLL予測値の$0.256^{+0.400}_{-0.146}$ mbを上回っており、現在の理論モデルが予測を低く見積もっている可能性を示唆している。
• この結果は、charmクォークが初期状態のハード散乱過程によって生成されているという解釈を支持しており、微小場の量子色力学（pQCD）の予測と整合的である。