[論文レビュー] Sequential Coalescence with Charm Conservation in High Energy Nuclear Collisions

Jiaxing Zhao, Shuzhe Shi+2 more|arXiv (Cornell University)|May 28, 2018

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 21

ひとこと要約

本論文は、高エネルギー核反応におけるcharmバリオン生成を説明するため、charm保存を組み込んだ逐次的凝集モデルを提案する。格子QCDポテンシャルを用いた2体ディラック方程式を解き、それらを流体力学的進化と結合することで、charm保存に起因する$D_s^+$メソンの早期生成を予測し、$D_s^+/D^0$の生成断面積増加と$\Lambda_c^+/D^0$の抑制をもたらす。これはRHICおよびLHCの実験データと整合的である。

ABSTRACT

Heavy quarks are initially produced in nuclear collisions and the number is conserved during the evolution of the system. We establish a sequential coalescence model with charm conservation and apply it to charmed hadron production at RHIC and LHC energies. The charm conservation enhances the earlier formed hadrons and reduces the later formed ones, which leads to a $D_s/D^0$ enhancement and a $Λ_c/D^0$ suppression. The mass dependence of the sequential hadron formation provides us a new tool for studying the quark-gluon plasma hadronization in high energy nuclear collisions.

研究の動機と目的

• クォーク- gluonプラズマにおけるcharm クォーク数保存の影響が、charmハドロン生成に与える影響を解明すること。
• 質量依存性の解離温度を組み込んだ、重クォークの逐次的ハドロン化をモデル化すること。
• RHICおよびLHCにおける重イオン衝突で観測された$D_s^+/D^0$の増加と$\Lambda_c^+/D^0$の抑制を説明すること。
• フレームワークをbottomクォークハドロン化に拡張し、$\bar{B}_s^0/\bar{B}^0$の生成断面積を予測すること。
• 質量依存性のある逐次的凝集メカニズムを、QGPハドロン化ダイナミクスのプローブとして確立すること。

提案手法

• 格子QCDから導かれたクォーク-反クォークポテンシャルを用いた2体ディラック方程式を解き、charmメソンの結合エネルギーと解離温度を決定する。
• 火球の進化を記述する流体力学的方程式を用い、異なるハドロンの凝集時刻を抽出する。
• charm保存を適用し、後続に形成されるハドロンの利用可能なcharm分率を減少させる。$D^0$に対しては$r = (N_c - N_{D_s^+})/N_c \approx 90\%$となる。
• 熱平衡パrameter $\alpha=0.3$, $\beta=0.7$ を用いて奇抜性増強を導入し、$D_s^+$生成の増強をモデル化する。
• 逐次的凝集を用いてハドロンスペクトルと生成断面積比を計算し、基準として同時凝集（固定$ r=1 $）と比較する。
• $m_b = 4.7$ GeV と同様の解離温度推定値を用いて、モデルをbottomハドロンに拡張する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 charmクォーク数保存は、重イオン衝突における$D_s^+$と$D^0$メソンの相対的生成断面積にどのように影響を与えるか？
• RQ2 質量依存性の解離温度によって駆動される逐次的ハドロン化は、RHICおよびLHCにおける観測された$D_s^+/D^0$増加をどの程度説明できるか？
• RQ3 charm保存と奇抜性増強の相乗効果は、$\Lambda_c^+/D^0$生成断面積比にどのように影響を与えるか？
• RQ4 bottomハドロン生成断面積比$\bar{B}_s^0/\bar{B}^0$は、bottom保存を伴う逐次的凝集において予測されるか？
• RQ5 ハドロン形成時刻の質量依存性は、クォーク-グルーオンプラズマのハドロン化ダイナミクスを解明するためのプローブとして有効か？

主な発見

• charm保存を伴う逐次的凝集モデルは、中間的$p_T$領域における$D_s^+/D^0$の増加を予測し、RHICおよびLHCの実験データと整合的である。
• $D_s^+/D^0$比の増加は、$r=1$の$D_s^+$メソンの早期形成と、$r \approx 90\%$の$D^0$メソンの遅延形成に起因する。
• $\Lambda_c^+/D^0$比は、$D^0$（$r \approx 0.9$）と比較して、バリオン形成に利用可能なcharm分率が低いため（$r \approx 0.6$）、逐次モデルで抑制される。
• モデルは$T_{D_s^+} = 1.2\, T_c$および$T_{D^0} \simeq 1.15\, T_c$を予測し、charm-Strangeメソンの早期ハドロン化を示唆する。
• bottomハドロンに関しては、LHCにおける中央的Pb+Pb衝突で$\bar{B}_s^0/\bar{B}^0 \simeq 1$を予測し、$T_{\bar{B}_s^0} \simeq T_{D_s^+}$および$T_{\bar{B}^0} \simeq T_{D^0}$となる。
• 結果は、質量依存性のある逐次的ハドロン形成が、QGPハドロン化ダイナミクスを解明するための独自のプローブとなり、より重いクォークでより強い効果を示すことを示している。