[論文レビュー] Study of charm hadronization with prompt $ {\Lambda}_{ extrm{c}}^{+} $ baryons in proton-proton and lead-lead collisions at $ \sqrt{s_{ extrm{NN}}} $ = 5.02 TeV

Tumasyan, Armen, Adam, Wolfgang+2332 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 43被引用数 2

ひとこと要約

本研究では、2017年および2018年のCMSデータを用いて、5.02 TeVの陽子-陽子およびPbPb衝突におけるプロンプトなΛ⁺cバリオンの生成を、Λ⁺c → pK⁻π⁺崩壊によって測定した。pT > 10 GeV/cの領域でPbPb衝突においてΛ⁺cの生成が顕著に抑制されていることが判明し、Λ⁺c/D⁰比に顕著な増加は認められなかった。これは、高pTにおけるΛ⁺cのハドロン化において、凝集（coalescence）が小さい寄与しか果たさないことを示している。

ABSTRACT

The production of prompt $\Lambda^+_\mathrm{c}$ baryons is measured via the exclusive decay channel $\Lambda^+_\mathrm{c} o$ pK$^-\pi^+$ at a center-of-mass energy per nucleon pair of 5.02 TeV, using proton-proton (pp) and lead-lead (PbPb) collision data collected by the CMS experiment at the CERN LHC. The pp and PbPb data were obtained in 2017 and 2018 with integrated luminosities of 252 and 0.607 nb$^{-1}$, respectively. The measurements are performed within the $\Lambda^+_\mathrm{c}$ rapidity interval $\vert y\vert \lt$ 1 with transverse momentum ($p_\mathrm{T}$) ranges of 3-30 and 6-40 GeV/$c$ for pp and PbPb collisions, respectively. Compared to the yields in pp collisions scaled by the expected number of nucleon-nucleon interactions, the observed yields of $\Lambda^+_\mathrm{c}$ with $p_\mathrm{T}\gt$ 10 GeV/$c$ are strongly suppressed in PbPb collisions. The level of suppression depends significantly on the collision centrality. The $\Lambda^+_\mathrm{c}$/D$^0$ production ratio is similar in PbPb and pp collisions at $p_\mathrm{T}\gt$ 10 GeV/$c$, suggesting that the coalescence process does not play a dominant role in prompt $\Lambda^+_\mathrm{c}$ baryon production at higher $p_\mathrm{T}$.

研究の動機と目的

• CMSの排他的崩壊チャンネル Λ⁺c → pK⁻π⁺ を用いて、√sNN = 5.02 TeVの陽子-陽子および lead-lead 衝突におけるプロンプトなΛ⁺cバリオンの生成を測定すること。
• pp衝突と重イオン衝突におけるΛ⁺c生成量およびΛ⁺c/D⁰比を比較することで、グルーオンの凝集がcharmバリオンのハドロン化に果たす役割を調査すること。
• 核子-核子衝突数に比例するスケーリングを用いた核子修飾係数（RAA）を通じて、クォーク-グルーオンプラズマ（QGP）がcharmクォークのエネルギー損失およびハドロン化機構に与える影響を評価すること。
• PbPb衝突におけるΛ⁺cの抑制のpTおよび中央度依存性を調べることで、中間媒体内でのパートンダイナミクスを解明すること。
• 特に高横断運動量領域におけるフラグメンテーションと凝集の優位性を検証する理論的モデルの妥当性を検討すること。

提案手法

• 迅速度範囲 |y| < 1 において、排他的崩壊チャンネル Λ⁺c → pK⁻π⁺ を用いてΛ⁺cバリオンを再構築する。
• LHCのCMS検出器から得られた、2017年のpp衝突（252 nb⁻¹）および2018年のPbPb衝突（0.607 nb⁻¹）の統合したライブネスを用いる。
• pp衝突における横断運動量（pT）スペクトルを3–30 GeV/c、PbPb衝突においては6–40 GeV/cの範囲で測定する。
• 核子-核子衝突数に比例するスケーリングを用いて、PbPbとpp衝突におけるΛ⁺c生成量の比から核子修飾係数RAAを計算する。
• PbPbイベントを0–10%、10–30%、30–50%、50–90%の中央度ビンに分け、中央度依存の抑制を分析する。
• バリオン形成における凝集寄与の相対的寄与度を評価するため、PbPbとpp衝突におけるΛ⁺c/D⁰生成比を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高pT領域において、PbPb衝突におけるプロンプトなΛ⁺cバリオン生成は、pp衝突と比較してどの程度抑制されているか？
• RQ2 PbPb衝突において、pp衝突と比較してΛ⁺c/D⁰生成比が上昇するか。これは、charmクォークと軽いクォークの凝集が強化されていることを示唆するか？
• RQ3 PbPb衝突におけるΛ⁺cバリオンの抑制は、衝突の中央度にどのように依存するか？
• RQ4 クォーク-グルーオンプラズマ中において、高pT領域のプロンプトなΛ⁺cバリオンのハドロン化機構は、フラグメンテーションか凝集か、どちらが支配的か？
• RQ5 フラグメンテーションまたは凝集に基づく理論的モデルは、重イオン衝突における観測されたΛ⁺c生成量および比をどの程度再現できるか？

主な発見

• PbPb衝突においてpT > 10 GeV/cの領域で、Λ⁺cの核子修飾係数RAAは著しく1未満であり、媒体に起因するエネルギー損失による強い抑制を示している。
• Λ⁺cバリオンの抑制は衝突の中央度に強く依存しており、最も中央度が高い（0–10%）衝突で最大の抑制が観測された。
• pT > 10 GeV/cの領域で、PbPb衝突におけるΛ⁺c/D⁰生成比はpp衝突と一致しており、顕著な増加は認められなかった。
• 高pT領域でΛ⁺c/D⁰比の顕著な増加がないことは、パートン凝集がプロンプトなΛ⁺cバリオン生成において支配的役割を果たさないことを排除する。
• 理論的モデルで高pT領域におけるQGP内でのΛ⁺c生成における大きな凝集増幅を予測しているものは、本データと整合しない。
• データは、クォーク-グルーオンプラズマが存在する中でも、高pT領域におけるプロンプトなΛ⁺cバリオンのハドロン化機構がフラグメンテーションに支配されていることを支持している。