[論文レビュー] Measurements of azimuthal anisotropy of nonprompt D$^0$ mesons in PbPb collisions at $\sqrt{s_\mathrm{NN}}$ = 5.02 TeV

CMS Collaboration, Adam, Wolfgang+2350 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 48被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、CMS検出器を用いて積分 luminosity 0.58 nb⁻¹ の PbPb衝突において √sₙₙ = 5.02 TeV の条件下で、bハドロンの崩壊によって生成される非プロンプト D⁰ メソンの、最初の楕円形（v₂）および三角形（v₃）方位的非等方性の測定を報告する。結果は、プロンプト D⁰ メソンと比較して、v₂およびv₃の大きさが著しく小さく、pT や中心性依存性も弱いことから、クォーク-グルーオンプラズマ内での質量依存性を持つ相互作用を支持する理論的モデルを裏付ける。

ABSTRACT

Measurements of the elliptic ($v_2$) and triangular ($v_3$) azimuthal anisotropy coefficients are presented for D$^0$ mesons produced in b hadron decays (nonprompt D$^0$ mesons) in lead-lead collisions at $\sqrt{s_\mathrm{NN}}$ = 5.02 TeV. The results are compared with previously published charm meson anisotropies measured using prompt D$^0$ mesons. The data were collected with the CMS detector in 2018 with an integrated luminosity of 0.58 nb$^{-1}$. Azimuthal anisotropy is sensitive to the interactions of quarks with the hot and dense medium created in heavy ion collisions. Comparing results for prompt and nonprompt D$^0$ mesons can assist in understanding the mass dependence of these interactions. The nonprompt results show lower magnitudes of $v_2$ and $v_3$ and weaker dependences on the meson transverse momentum and collision centrality than those found for prompt D$^0$ mesons. By comparing to theoretical predictions, the results imply that there is a mass hierarchy of quark interactions with the medium.

研究の動機と目的

• √sₙₙ = 5.02 TeV の PbPb 衝突における b ハドロン崩壊から生じる非プロンプト D⁰ メソンの方位的非等方性（v₂ および v₃）を測定すること。
• 非プロンプト D⁰ メソンの非等方性をプロンプト D⁰ メソンと比較することで、クォーク-グルーオンプラズマ内でのクォーク-媒体相互作用の質量依存性を調べること。
• QGP 媒体内で質量依存性を持つ抵抗力および拡散係数を含む理論的予測を検証すること。
• b → D⁰ 崩壊の高い分岐比のおかげで、低軌道運動量（pT）領域にアクセスできることにより、高エネルギー核衝突における重クォークの流れの理解を拡張すること。
• ハドロン崩壊チャネルの高い再構成効率を活用して、将来の QGP 内のボトムクォーク力学の研究のベンチマークを提供すること。

提案手法

• CMS 検出器のトラッキングおよびバーテックス検出機能を用いて、PbPb 衝突（√sₙₙ = 5.02 TeV）における非プロンプト D⁰ メソンを K⁻π⁺ への崩壊から再構成した。
• 二段階のイベント選別を採用した：第一に、二次バーテックス再構成を用いて b ハドロン崩壊バーテックスを同定した。第二に、ずれた軌跡から D⁰ → K⁻π⁺ 崩壊を再構成した。
• イベントごとの対称性平面角度（Ψ₂、Ψ₃）を、イベントの方位粒子分布から決定し、スカラー積分法を用いて v₂ および v₃ の係数を計算した。
• イベントを 0–10%、10–30%、30–50% の中心性ビンに分類するために、前方ハドロン（HF）ケイロメータに蓄積された全エネルギーを用いた中心性依存補正を適用した。
• バックグラウンド除去および効率補正を、モンテカルロ シミュレーションおよびデータ駆動型技術を用いて非プロンプト D⁰ シグナルを分離するために実施した。
• プロンプト D⁰ メソンの以前の測定結果およびクォーク-媒体相互作用に有限質量効果を含む理論モデルと結果を比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √sₙₙ = 5.02 TeV の PbPb 衝突において、非プロンプト D⁰ メソンの v₂ および v₃ 係数は、プロンプト D⁰ メソンと比べてどのように異なるか？
• RQ2 非プロンプト D⁰ メソンの非等方性は、軌道運動量（pT）および衝突中心性にどのように依存するか？
• RQ3 非プロンプト D⁰ メソンの測定された非等方性係数は、クォーク-グルーオンプラズマ内での質量依存性を持つ相互作用を含む理論的モデルを支持するか？
• RQ4 D⁰ メソンの大きな質量（b クォークの運動量と相関）は、レプトン崩壊チャネルと比較して、観測された流れ係数にどのような影響を及えるか？
• RQ5 非プロンプト D⁰ メソンにおける v₂ および v₃ の低さは、QGP 内での熱化の低下や経路長効果に起因していると説明できるか？

主な発見

• 非プロンプト D⁰ メソンの v₂ および v₃ 係数は、すべての pT および中心性ビンにおいて、プロンプト D⁰ メソンで測定された値と比較して、著しく小さく、絶対値が小さい。
• 非プロンプト D⁰ メソンの非等方性は、プロンプト D⁰ メソンと比較して、軌道運動量（pT）および衝突中心性への依存性が弱く、集団的流れが小さいことを示している。
• 非プロンプト D⁰ メソンの測定された v₂ および v₃ 値は、重クォークと QGP 媒体間の相互作用強度に質量依存性を含む理論的予測と整合している。
• 結果は、b クォークが charm クォークよりも集団的流れを経験しにくいことを示しており、重クォークの流れ係数における質量順序付けを支持する。
• b → D⁰ 崩壊の高い分岐比（約70%）のおかげで、pT ≈ 1 GeV/c まで感度を発揮でき、低pT の流れダイナミクスにアクセスできた。
• 低pT における非プロンプト D⁰ メソンの v₂ および v₃ は、大きなずれを示さず、理論的予測である重クォークのための流れの低減が、期待通りに実現している。