[論文レビュー] Quarkonia suppression in PbPb collisions at $\sqrt{s_{NN}}$ = 2.76 TeV

Vineet Kumar, P. Shukla+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 13, 2014

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 33被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、√sNN = 2.76 TeV の Pb+Pb 衝突におけるクォーカニアの抑制と再生を説明するための運動論的モデルを開発した。熱的グルーオンによるクォーカニアの解離、コンバイヤー相互作用、シャドウイング、 charm クォークの再結合を組み込んだ。このモデルは、ALICE および CMS のデータにおける $J/\psi$ および $Υ$ の核修正要因 ($R_{AA}$) の中心性および横運動量依存性を成功裏に再現し、低 $p_T$ では再生が支配的であるのに対し、高 $p_T$ ではグルーオン解離が予想を上回る抑制を引き起こしていることが明らかになった。

ABSTRACT

We estimate the modification of quarkonia yields due to different processes in the medium produced in Pb+Pb collisions at LHC energy. The quarkonia and heavy flavour cross sections calculated up to next-to-leading order (NLO) are used in the study. Shadowing corrections are obtained with the NLO EPS09 parametrization. A kinetic model is employed which incorporates quarkonia suppression inside a QGP, suppression due to hadronic comovers, and regeneration from charm pairs. The quarkonia dissociation cross section due to gluon collisions has been considered and the regeneration rate has been obtained using the principle of detailed balance. The modification in quarkonia yields due to collisions with hadronic comovers has been estimated assuming that the comovers are pions. The manifestations of these effects on the nuclear modification factors for both $J/ψ$ and $Υ$ in different kinematic regions has been demonstrated for Pb+Pb collisions at $\sqrt{s_{_{NN}}}$ = 2.76 TeV in comparison with the measurements. Both the suppression and regeneration due to a deconfined medium strongly affect the low and intermediate $p_T$ range. The large observed suppression of $J/ψ$ at $p_T~>$ 10 GeV/$c$ exceeds the estimates of suppression by gluon dissociation.

研究の動機と目的

• LHC のエネルギーにおける Pb+Pb 衝突におけるクォーカニアの抑制と再生の相乗作用を理解すること。
• 異なる $p_T$ および中心性範囲における $J/\psi$ および $Υ$ の観測された $R_{AA}$ 挙動を説明すること。
• QGP に起因する解離、コンバイヤー相互作用、シャドウイング、および charm クォークの再結合がクォーカニアの生成に与える寄与を定量化すること。
• グルーオン解離のみによる予測と比較して、観測された高 $p_T$ の $J/\psi$ 抑制とその乖離を解消すること。

提案手法

• CT10 のパートン分布関数を用いて、高エネルギークォークおよびクォーカニア生成の次-leading-order (NLO) pQCD 計算を実施する。
• 核のシャドウイング補正に NLO EPS09 パラメータ化を適用する。
• 熱的グルーオンによるクォーカニア解離と、charm クォークの再結合による再生を含む運動論的モデルを用い、生成率に詳細なバランス条件を適用する。
• コンバイヤー誘導抑制を、主要な共存ハドロンとしてパイオンを仮定してモデル化する。
• $R_{AA}$ を $p_T$ および中心性（$N_{\rm part}$ による）の関数として計算し、ALICE および CMS のデータと比較する。
• $\Upsilon$(1S) のデータとの整合性を高めるために、励起状態からのフィードダウン寄与を組み込む。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 グルーオン解離、コンバイヤー相互作用、再生が、Pb+Pb 衝突における $J/\psi$ の $p_T$ および中心性依存性 $R_{AA}$ にどのように寄与するか。
• RQ2 なぜ CMS のデータにおける高 $p_T$ の $J/\psi$ 抑制は、グルーオン解離のみによる予測を上回るのか。
• RQ3 低 $p_T$ における $J/\psi$ 再生は、ALICE が観測した平坦な $R_{AA}$ をどの程度説明できるか。
• RQ4 モデルは、中間および前方迅速度領域における $\Upsilon$ 状態の逐次的抑制パターンをどの程度正確に再現できるか。
• RQ5 $\Upsilon$(2S) および $\Upsilon$(3S) からのフィードダウン寄与は、$\Upsilon$(1S) の抑制にどの程度寄与するか。

主な発見

• 低 $p_T$ では再生が支配的であり、ALICE のデータにおけるほとんどの中心性ビンで $J/\psi$ の平坦な $R_{AA}$ を説明できる。
• 高 $p_T$ の $J/\psi$ 抑制（$p_T > 10$ GeV/$c$）は、グルーオン解離のみによる予測を上回っており、追加の抑制機構が存在することを示唆している。
• モデルは、CMS が測定した $p_T \geq 6.5$ GeV/$c$ の $J/\psi$ における $p_T$ 独立の $R_{AA}$ を成功裏に再現し、中心性が高くなるほど抑制が強くなることを示している。
• $\Upsilon$(1S) に関しては、モデルが抑制をやや低く予測しているが、中心性依存性の形状は再現されており、励起状態からの大きなフィードダウン寄与が関係していると示唆されている。
• $\Upsilon$(2S) 状態は強く抑制されており、熱的 charm クォーク密度が低いことから再生の寄与は無視できるほど小さい。
• シャドウイング効果は小さく、$R_{AA}$ に顕著な影響を及ぼさず、実験データの誤差範囲内に収まっている。