[論文レビュー] Overview of quarkonia and heavy flavour measurements by CMS

P. Shukla, collaboration, CMS|arXiv (Cornell University)|May 15, 2014

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 7被引用数 4

ひとこと要約

本論文では、LHCにおけるpp、pPb、PbPb衝突におけるクォーカリアと重いハドロンの生成をCMSが測定し、クォーク・グルーオンプラズマ（QGP）の性質を解明するための核子修飾因子（R_AA）に焦点を当てている。主な結果として、Υ状態の逐次的抑制、再結合による示唆される再生を示す低pT J/ψの増強、低pTにおける質量階層的抑制、および光ハドロンよりも抑制が小さいB中間子の観測が得られ、QGP内でのエネルギー損失機構と整合的である。

ABSTRACT

This writeup summarizes recent CMS results on quarkonia measurements in pp, pPb and PbPb collisions at LHC. The excellent muon detection capability of CMS allows measurement of charmonia states at high transverse momentum ($p_T$) while the $Υ$ states can be reconstructed starting at zero $p_T$. The absolute and relative yields of different charmonia and bottomonia states modified in PbPb collisions (over pp collisions) are described. The vertexing capability of CMS enables measurement of B meson energy loss via its decay to J/$ψ$. An overview of these measurements is given. How these measurements compare with other experiments at RHIC and LHC and have improved the understanding of heavy ion collisions has been discussed.

研究の動機と目的

• √sNN = 2.76 TeVおよび5.02 TeVにおけるpp、pPb、PbPb衝突におけるクォーカリアおよび重いハドロン生成を測定し、クォーク・グルーオンプラズマ（QGP）の性質を解明すること。
• 重イオン衝突におけるクォーカリアのyieldが変化する要因としての色スクリーニングおよび再生の役割を調査すること。
• B中間子の崩壊から得られるJ/ψを用いた、再結合による重いクォークのエネルギー損失機構を、ずらし頂点再構成により研究すること。
• RHICおよびALICEのデータと比較することで、衝突エネルギーおよび系サイズに伴う抑制の進化を理解すること。
• 多重度依存測定を用いて、pPb衝突における最終状態効果（共行子やシャドウイング）の影響を定量化すること。

提案手法

• CMSの優れたミューオン再構成および質量分解能を活用し、二ミューオン崩壊チャネルを用いて、高pTおよび前方ラピディティ領域におけるJ/ψおよびψ(2S)の生成を測定する。
• 二ミューオン崩壊を介してΥ(1S)、Υ(2S)、Υ(3S)状態を再構成し、異なる衝突系における核子修飾因子（R_AA）および相対的yieldを決定する。
• ずらし頂点再構成を用いて、J/ψに崩壊するB中間子を特定し、二次的J/ψ崩壊を介してB中間子のR_AAを測定する。
• pTおよび中央性に応じたJ/ψ、B中間子、光ハドロンのR_AAを計算し、抑制パターンを比較する。
• pp、pPb、PbPb衝突におけるイベント多重度に応じたyield比（例：Υ(2S)/Υ(1S)）を分析し、最終状態効果および媒体誘発変化を調査する。
• 色スクリーニング、熱的解離、charmクォーク再結合による再生を含む理論的モデルと結果を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √sNN = 2.76 TeVにおけるPbPb衝突において、J/ψおよびψ(2S)の抑制はpTおよび中央性にどのように依存するか？
• RQ2 PbPb衝突における低pT J/ψの増強は、開放charmクォークの再結合によるチャロンニウムの再生に起因する割合はどの程度か？
• RQ3 重イオン衝突におけるΥ状態の逐次的抑制の証拠は何か？また、LHCとRHICの結果を比較するとどうなるか？
• RQ4 pPb衝突における共行子相互作用やシャドウイングなどの最終状態効果は、クォーカリアyieldにどのように影響するか？
• RQ5 ハドロン（光、D、B）の抑制における質量階層は何か？これはエネルギー損失機構にどのような示唆を与えるか？

主な発見

• PbPb衝突における高pT J/ψ（pT > 6.5 GeV/c）のR_AAは中程度の抑制を示し、中央性が高くなるにつれて増幅し、最も中央なイベントではR_AA ≈ 0.6となる。
• J/ψのR_AAは高pT領域（最大16 GeV/cまで）でほぼ一定であり、持続的抑制を示す一方、低pT領域（pT < 4 GeV/c）ではRHICと比較して増強しており、再結合による再生の可能性を示唆する。
• 中央なPbPb衝突における低pTおよび前方ラピディティ領域では、ψ(2S)/J/ψの二重比が増大しており、励起状態の抑制が弱いことを示し、再結合と整合的である。
• Υ状態の逐次的抑制が観測された：PbPb衝突におけるR_AA(Υ(1S)) = 0.56 ± 0.08 ± 0.07であり、RHICのSTAR値（0.71 ± 0.06 ± 0.09）より顕著に低い。これはLHCエネルギー下での強い色スクリーニングを示唆する。
• pPb衝突では、イベント多重度が増加するに従い、Υ(2S)/Υ(1S)およびΥ(3S)/Υ(1S)のyield比が低下し、励起状態の方が基底状態よりも最終状態効果によりより強く変化していることが示唆される。
• 低pT（＜10 GeV/c）ではB中間子の抑制が光ハドロン（R_AA(B) > R_AA(光ハドロン)）より小さいが、高pTでは抑制が一致する。これはエネルギー損失における質量階層を示唆する。