[論文レビュー] Open charm production and $Λ_{c}^{+}/D^{0}$ ratio in pp and Au+Au collisions at the RHIC

Bijun Fan, Chao Zhang+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 18, 2026

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 0

ひとこと要約

ペーパーは改善された AMPT モデルを用いてオープン チャーム生成を研究し、D^0 および Λ_c^+ 発生量、R_AA、Λ_c^+/D^0 比を pp および Au+Au 衝突（200 GeV）で検討し、ハドロン化におけるチャームクォークの共転位（coalescence）の役割を強調します。

ABSTRACT

We study open charm hadrons production in pp and Au+Au collisions at $\sqrt{s_{\mathrm{NN}}} = 200$~GeV using an improved a multi-phase transport (AMPT) model. Specifically, we show the transverse-momentum spectra and nuclear modification factors $R_{\mathrm{AA}}$ of $D^{0}$ mesons and $Λ_{c}^{+}$ baryons, as well as the $Λ_{c}^{+}/D^{0}$ ratio in pp and Au+Au collisions. The results obtained from the AMPT model simulations are compared with the STAR experimental data and found to be consistent. We further investigate the $Λ_{c}^{+}/D^{0}$ ratio by evaluating contributions from coalescence, fragmentation, and the combined coalescence+fragmentation mechanisms, and we find that fragmentation alone underestimates the pronounced enhancement in Au+Au relative to pp at low and intermediate $p_{\mathrm{T}}$, whereas the coalescence+fragmentation mechanism reproduces the observed trend significantly better. These results indicate that coalescence plays a key role in charm baryon productions and helps constrain the relative importance of different hadronization mechanisms in the ultra-relativistic nuclear collisions.

研究の動機と目的

• 改善された AMPT モデルを用いて sqrt(s_NN)=200 GeV の pp および Au+Au 衝突におけるオープン チャーム生成を調べる。
• D^0 および Λ_c^+ スペクトルと R_AA を定量化し STAR データと比較する。
• Λ_c^+/D^0 比を評価し、チャームハドロン化における共転位と破砕の寄与を分離する。

提案手法

• AMPT-SM 内の HIJING 初期条件からチャーム対を抽出する。
• Qar{Q} 対に初期クリオニン運動量広がりを適用する。
• 近くの軽クォークとの共転位と独立したペトソン関数による破砕を組み合わせたハイブリッドハドロン化スキームを使用する。
• 系によって共転位と破砕を調整するために横断質量ベースの選択（m_T 阈値）を課す。
• 重イオンビリアン-メソン比率 r_BM^{HQ} および共転位基準（d, m_inv）を調整してチャームハドロン化の結果を制御する。
• pp および Au+Au (10–80%) 衝突における D^0 および Λ_c^+ の結果を STAR データと比較する。

Figure 1: The $p_{\mathrm{T}}$ spectra of charm quarks at mid-rapidity in central Au+Au collisions extracted from the HIJING initial condition and from the string-melting process of the AMPT model at $\sqrt{s_{\mathrm{NN}}}=200$ GeV.

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 D^0 および Λ_c^+ の生成とそれらの R_AA は sqrt(s_NN)=200 GeV で pp と Au+Au でどう振る舞うか？
• RQ2 異なる衝突系および p_T 範囲で Λ_c^+ / D^0 を決定する際、チャームクォークの共転位と破砕の相対的重要性はどの程度か？
• RQ3 光味ファラオと重味ファラオのハドron化を一貫して記述できる統一的な AMPT フレームワークは存在するか？
• RQ4 Au+Au における Λ_c^+ / D^0 比の増強は、チャームクォークの媒質内共転位の明確な証拠を提供するか？

主な発見

• AMPT-SM は pp および Au+Au の D^0 p_T スペクトルを不確かさ内で再現し、10–80% Au+Au の Λ_c^+ スペクトルはデータと一致する。
• D^0 R_AA は高 p_T で抑制を示し、低 p_T でわずかな増強を示し、中心性とともに増加することで媒質内相互作用の大きさを示唆する。
• Λ_c^+ R_AA は中間 p_T で D^0 よりも強い増強が予測され、核子媒体での共転位の増加が原因となる可能性がある。
• Au+Au(10–80%) における Λ_c^+ / D^0 は低〜中間 p_T で pp よりも増強され、熱的軽いクォークとのチャームクォーク共転位と一致する。
• 純粋な共転位は p_T ≲ 3 GeV/c で大きな Λ_c^+ / D^0 増強を生み出すが、純粋破砕は小さく平坦であり、混合シナリオはその中間に位置する。
• 研究は共転位と破砕の運動量依存的な競合を支持し、低〜中間 p_T で共転位が支配的、高 p_T で破砕が支配的となることを示唆する。

Figure 2: Transverse momentum spectra of (a) $D^{0}$ mesons and (b) $\Lambda_{c}^{\pm}$ baryons at mid-rapidity ( $|y|<1.0$ ) in $pp$ and Au+Au collisions at $\sqrt{s_{\mathrm{NN}}}$ = 200 GeV. Model calculations from the updated string-melting AMPT setup are shown for $pp$ and for several Au+Au cen