[논문 리뷰] Charm Production at RHIC

M. X. Liu|ArXiv.org|2004. 05. 28.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 RHIC에서 $\sqrt{s_{NN}}=200$ GeV에서 p-p, d-Au 및 Au-Au 충돌에서 열린 쿼크와 $J/\psi$ 생성에 대한 PHENIX와 STAR의 初기 결과를 제시한다. 열린 쿼크 생성은 d-Au 및 Au-Au 시스템 모두에서 이진 스케일링을 따르며, 이는 매질에 의한 상당한 수정이 없음을 시사한다. 반면, d-Au에서 전방 빠르기에서 $J/\psi$ 억제가 관측되며, 이는 글루온 그림자 효과를 시사한다.

ABSTRACT

The latest results for open charm and $J/ψ$ production in p-p, d-Au and Au-Au from the PHENIX and STAR experiments at $\sqrt{s_{NN}}=200$ GeV at RHIC are presented. The preliminary data show open charm production follows binary scaling in d-Au and Au-Au collisions at RHIC. In d-Au collisions, a suppression in $J/ψ$ production has been observed at the forward rapidity (d direction), at the backward rapidity (Au direction), $J/ψ$ production seems strongly dependent on collisions centrality. The implications of heavy flavor production in cold (d-Au) and hot (Au-Au) nuclear media at RHIC are discussed.

연구 동기 및 목표

• RHIC에서 $\sqrt{s_{NN}}=200$ GeV에서 p-p, d-Au 및 Au-Au 충돌에서 열린 쿼크와 $J/\psi$ 생성을 측정하여 냉각 및 뜨거운 핵물질 효과를 탐구한다.
• Au-Au 충돌에서 형성된 뜨겁고 밀도 높은 매질에서 열린 쿼크 생성이 증가하거나 억제되는지 확인한다.
• d-Au 충돌에서 쿼크-구성입자 그림자 효과, 에너지 손실, 재결합과 같은 핵물질 매질 효과가 $J/\psi$ 생성에 미치는 영향을 조사한다.
• Au-Au에서 매질 효과를 분리하기 위해 p-p 충돌에서의 중량 쿼크 생성에 대한 기준선을 수립한다.
• d-Au 충돌에서 전방 및 후방 빠르기에서 $J/\psi$ 생성의 중심도 의존성을 평가한다.

제안 방법

• 배경 제거를 통해 열린 쿼크 및 뷰티 기여를 분리하기 위해 $|\eta|<0.35$ 범위에서 비광자 전자 스펙트럼을 측정한다.
• 중심도 의존 분석을 위해 Glauber 모델을 사용하여 평균 이진 충돌 수 $\langle N_{\text{coll}} \rangle$ 를 추정한다.
• d-Au에서 p-p에 비해 $J/\psi$ 억제 정도를 정량화하기 위해 핵소자 수정 인자 $R_{dA} = \frac{1}{2 \times 197} \frac{d\sigma^{dAu}/dy}{d\sigma^{pp}/dy}$ 를 적용한다.
• d-Au에서의 중심도 의존성을 연구하기 위해 $R_{CP} = \frac{\text{중앙도 범위에서의 수확}}{\text{가장 외곽 중심도 범위에서의 수확}}$ 를 사용한다.
• STAR에서 하드론 붕괴 채널(예: $D^0 \to \pi^- K^+$)을 통해 $D^{0,\pm}$ 및 $D^{*}$ 메손을 재구성하여 직접적인 열린 쿼크 측정을 수행한다.
• 모든 시스템에서 $<N_{\text{coll}}>$ 스케일링된 전자 및 $J/\psi$ 수확을 비교하여 이진 스케일링 가설을 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 d-Au 및 Au-Au 충돌에서 열린 쿼크 생성이 이진 스케일링을 따르는가? 이는 매질에 의한 강한 수정이 없음을 의미하는가?
• RQ2 d-Au 충돌에서 전방 빠르기에서 $J/\psi$ 억제가 관측되는가? 이는 글루온 그림자 효과에 대해 무엇을 시사하는가?
• RQ3 d-Au 충돌에서 후방 빠르기에서 $J/\psi$ 생성은 중심도에 어떻게 의존하는가?
• RQ4 쿼크 에너지 손실 및 재결합과 같은 경쟁 효과가 핵물질 충돌에서 $J/\psi$ 수확에 얼마나 영향을 미치는가?
• RQ5 d-Au에서 관측된 $J/\psi$ 억제가 그림자 효과, 에너지 손실 또는 재결합을 포함한 이론 모델과 어떻게 구별될 수 있는가?

주요 결과

• PHENIX는 $\sqrt{s}=200$ GeV에서 p-p 충돌에서 열린 쿼크 총 단면적을 $\sigma^{pp}_{c\bar{c}} = 709 \pm 85(stat) \pm^{332}_{281}(sys)\ \mu b$ 로 측정하였다.
• STAR는 스케일링된 뉴클레온-뉴클레온 열린 쿼크 단면적을 $\sigma^{NN}_{c\bar{c}} = 1.12 \pm 0.20(stat) \pm 0.37(sys)\ \text{mb}$ 로 보고하였으며, PHENIX 결과와 일치한다.
• d-Au 및 Au-Au 충돌에서 열린 쿼크 생성은 이진 스케일링과 일치하며, 이는 상당한 증가 또는 억제가 없음을 시사한다.
• d-Au 충돌에서 전방 빠르기에서 $J/\psi$ 억제가 관측되었으며, $R_{dA}$ 가 1보다 明著히 작아, Au 핵에서 글루온 그림자가 존재함을 시사한다.
• d-Au에서 후방 빠르기에서는 $J/\psi$ 생성이 중심도에 강하게 의존하며, $R_{CP}$ 가 $\langle N_{\text{coll}} \rangle$ 증가함에 따라 감소한다.
• 제한된 통계량으로 인해 $J/\psi$ 억제에 대한 그림자 효과, 에너지 손실, 재결합을 포함한 이론 모델 간의 명확한 구별이 불가능하다.