[論文レビュー] Statistical hadronization of charm in heavy ion collisions

A. Kostyuk|ArXiv.org|Jun 13, 2003

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 6被引用数 15

ひとこと要約

本稿では、重イオン衝突における charm ハドロン生成を説明するための統計的凝集モデル（SCM）を提案する。ここで、charm クォークは初期にハードパートン衝突で生成され、その後ハドロン化時に統計的に開放および隠れ charm ハドロンに分配される。このモデルは、RHICにおける中心性に依存しない $J/\psi$ 生成断面積をうまく再現しており、初期段階の生成よりも後段階の凝集が支配的であることを示唆し、標準的なクォーク・グルーオンプラズマ（QGP）抑制シナリオに挑戦する。

ABSTRACT

Production of open and hidden charm hadrons in heavy ion collisions is considered within the statistical coalescence model (SCM). Charmed quark-antiquark pairs are assumed to be created at the initial stage of the reaction in hard parton collisions. The number of these pairs is conserved during the evolution of the system. At hadronization, the charmed (anti)quarks are distributed among open and hidden charm hadrons in accordance with laws of statistical mechanics. Important special cases: a system with a small number of charmed quark-antiquark pairs and charm hadronization in a subsystem of the whole system are considered. The model calculations are compared with the preliminary PHENIX data for J/psi production at RHIC. Possible influence of the in-nuclear modification of the parton distribution functions (shadowing) on the SCM results is studied.

研究の動機と目的

• 重イオン衝突における非熱的 charm 生成と熱的 $\psi^\prime/J/\psi$ 生成断面積比のパラドックスを解消すること。
• 非平衡状態の charm クォーク数を考慮しつつも、最終状態への統計的分配を説明する charm ハドロン化の統計モデルを開発すること。
• 長時間の緩和を伴うにもかかわらず、charm ハドロン化が統計力学によって記述可能かどうかを検証すること。
• PHENIX の $J/\psi$ データを RHIC でモデル予測と比較し、シャドウイングなどの媒体内効果の役割を評価すること。

提案手法

• 初期にハードパートン衝突で charm クォーク-反クォーク対が生成され、その数は時間発展中に保存される。
• ハドロン化は、$c$ と $\bar{c}$ が統計力学に従い、開放および隠れ charm ハドロンに分配される統計的プロセスとしてモデル化される。
• グランドカノニカルアプローチを用い、開放 charm と反charm の分布を釣り合わせるための charm 化学ポテンシャル $\mu_c$ を導入するが、$\mu_b$ が非ゼロであっても成立する。
• モデルは、部分系を用いて一般化され、$c$ と $\bar{c}$ が制限された迅速度窓内にある確率を二項分布で記述する。
• 部分系における平均 $J/\psi$ 多重度は、$\langle H\rangle_{AB(b)}^{(\xi)} \approx \xi^2 \langle c\bar{c}\rangle_{AB(b)} (\langle c\bar{c}\rangle_{AB(b)}+1) \frac{\tilde{N}_H}{\tilde{N}_1\tilde{N}_{\bar{1}}}$ として導出される。
• 軽いハドロンデータから固定される Freeze-out パラメータ（$T=177$ MeV, $\mu_b=29$ MeV）を用い、$\xi$ は PHENIX データにフィットするように決定される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中心的 Pb+Pb 衝突における観測された $\psi^\prime/J/\psi$ 生成断面積比は、非熱的 charm 生成メカニズムに統計的ハドロン化を適用することで説明可能か？
• RQ2 RHIC における $J/\psi$ 多重度の中心性依存性は、初期生成と抑制よりも、後段階の凝集が支配的であることを示唆するか？
• RQ3 核内パートン分布関数の修正（シャドウイング）は、観測された $J/\psi$ 生成断面積にどの程度の影響を及ぼすか？また、凝集効果と区別可能か？
• RQ4 統計的凝集モデルは、SPS および RHIC の両方のデータと整合的か？特に、異常な $\psi^\prime$ の生存率に注目して。

主な発見

• 統計的凝集モデルは、$\sqrt{s}=200$ GeV の Au+Au 衝突における中間迅速度領域での、中心性に依存しない $J/\psi$ 多重度をうまく再現した。
• PHENIX データへの最良のフィットでは $\chi^2/\text{dof} = 0.75$ が得られ、$\xi \approx 0.18$ となり、約 18% の charm クォークが中央迅速度窓内に存在していることを示唆した。
• モデルは、中間迅速度窓内での $J/\psi$ 生成断面積が中心性に依存せず一定であると予測するが、これは中間迅速度領域の体積増加が速いため、全生成断面積の増加とは対照的である。
• RHIC での観測された $J/\psi$ 生成断面積は、標準的な QGP 抑制シナリオでは説明できない。このシナリオは観測値よりも強い抑制を予測する。
• モデルは、ハドロン化時に $c\bar{c}$ の凝集が支配的であると示唆しており、初期に生成された charmonium の生存とは異なる。
• 核内でのパートン分布関数の修正（シャドウイング）は $J/\psi$ 生成断面積を減少させるが、観測された飽和的挙動は凝集効果が支配的であることを示唆している。