[論文レビュー] Nuclear modification of forward $D$ production in pPb collisions at the LHC

H. Fujii, K. Watanabe|arXiv (Cornell University)|Jun 21, 2017

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 9

ひとこと要約

本論文は、LHCにおけるpPb衝突において、前方速さのD中間子および半レプトン的崩壊生成粒子（e, μ）の核修飾を、一次元の色ガラスコンデンエート（CGC）フレームワークを用いて調査している。k⊥-依存性を持つウィルスン線の相関関数と、走る結合定数を用いたBK進化方程式を用い、核内のグルーオンの飽和をモデル化している。核の前方向速さおよび低横動量（p⊥ < 2 GeV）におけるD中間子および生成レプトンの生産に対する顕著な核抑制を予測しており、核修飾因子R_pAの定量的表が提示されている。

ABSTRACT

We study nuclear modification factors for single $D$ meson and semileptonic decay lepton $l$ ($=e,μ$) production in minimum bias proton-nucleus (p$A$) collisions at the LHC in the color-glass-condensate (CGC) framework at leading order in strong coupling. In our numerical computations, transverse momentum ($k_\perp$) dependent multi-point Wilson line correlators are employed for describing target nucleus for p$A$ and proton for pp. The projectile proton is treated with unintegrated gluon distribution function, which is also $k_\perp$-dependent. The rapidity evolutions of these functions in the small Bjorken $x$ region are taken into account by solving running coupling Balitsky-Kovchegov (BK) equation at leading logarithmic accuracy. For simplicity, we employ Kartvelishvili's type fragmentation function and a simple model for lepton energy distribution from seileptonic decay, respectively, to compute differential cross sections for $D$ and $l$ production. The gluon saturation scale inside the heavy nucleus is enhanced and dependent on $x$, which we take into account by replacing the initial saturation scale in the BK equation with a larger value for the heavy nucleus. We show that the saturation effect leads to perceptible nuclear suppression of $D$ production at forward rapidity. Our numerical results predict similar nuclear suppressions in p$A$ collisions for forward $l$ production at lower transverse momentum $p_\perp&lt;2\;{ m GeV}$. Numerical tables on the nuclear modifications of $D$ and $l$ are listed in this note.

研究の動機と目的

• LHCにおけるpPb衝突における重いフラバー生成における初期状態の核効果、特に核内グルーオンの飽和に焦点を当てる。
• 色ガラスコンデンエート（CGC）フレームワークが前方速さにおけるD中間子および崩壊レプトン生成に与える影響を定量化する。
• LHCの新規データと比較可能な、D中間子およびレプトン生成の核修飾因子R_pAの数値予測を提供する。
• 初期飽和スケールおよび重いクォーク質量の変動によるモデル依存性を体系的に評価する。

提案手法

• 核標的および陽子衝突飛翔体を記述するため、k⊥-依存性を持つ多点ウィルスン線相関関数を用いた一次元CGCフレームワークを採用する。
• 小BJORKEN xにおける速さの進化を記述するため、走る結合定数を用いたバリツキー＝コフチェゴフ（rcBK）方程式を適用する。
• 陽子のk⊥-依存性を持つ非統合グルーオン分布関数と、核のA^{1/3}に比例して増大する飽和スケールを実装する。
• D中間子生成にカルトヴェリシビリ型のフラグメンテーション関数を用い、半レプトン的崩壊からのレプトンエネルギー分布には単純なモデルを適用する。
• D中間子およびレプトン生成の微分断面積を計算し、その後R_pA = σ_pA / (A × σ_pp)として核修飾因子を導出する。
• 初期飽和スケールおよび重いクォーク質量を変化させた数値計算を実施し、モデルの不確実性を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 核内グルーオンの飽和が、LHCにおけるpPb衝突における前方速さのD中間子生成に、どの程度抑制効果を及ぼすか？
• RQ2 低横動量における半レプトン的崩壊レプトン（e, μ）の核修飾因子R_pAは、D中間子のそれと比べてどう異なるか？
• RQ3 R_pAの予測値は、初期飽和スケールおよび重いクォーク質量の変動に対してどの程度感受的か？
• RQ4 D中間子およびレプトン生成のR_pAの速さ依存性は何か？ また、利用可能なLHCデータと比較するとどうなるか？

主な発見

• CGCフレームワークは、前方速さおよび低横動量（p⊥ < 2 GeV）におけるD中間子生成に対して顕著な核抑制を予測しており、R_pA値は著しく1未満である。
• 半レプトン的崩壊レプトン（e, μ）に対しても同様の抑制が観測され、p⊥ < 2 GeVでR_pA < 1となる。これは、レプトン生成がD中間子からの飽和効果を引き継いでいることを示している。
• D中間子およびレプトン生成のR_pAの数値表が、さまざまなp⊥および速さ領域にわたり提示されており、LHCデータとの直接比較が可能である。
• 抑制効果は核の初期飽和スケールおよび重いクォーク質量に感受的であり、パラメータ変動によるモデル不確実性が評価されている。
• 予測結果は、前方速さにおけるD⁰生成に関してLHCbの予備データおよび中間速さにおけるレプトン生成に関してALICEのデータと整合的である。