[논문 리뷰] Charmonium Production at High $p_t$ at RHIC

Xingbo Zhao, Ralf Rapp|ArXiv.org|2008. 06. 06.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 2인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 RHIC에서의 중입자 충돌($Au$-$Au$ 및 $Cu$-$Cu$)에서 $J/\psi$의 횡방향 운동량 스펙트럼과 타원류를 예측하기 위해 이중성분 모델을 확장한다. 유한한 형성 시간 효과와 $B$-메손 피드다운을 포함함으로써 고$-p_t$ 데이터와의 일치도가 크게 향상되며, 예측된 $v_2$는 여전히 작다(~2-3%), 이는 생산 메커니즘의 실험적 추출에 도전 과제를 제기한다.

ABSTRACT

We calculate transverse-momentum ($p_t$) spectra and elliptic flow of $J/ψ$'s in $Au$-$Au$ and $Cu$-$Cu$ collisions at RHIC. We employ an earlier constructed 2-component approach for direct and regenerated charmonia which is fairly consistent with the centrality dependence of inclusive $J/ψ$ yields at SPS and RHIC. Discrepancies with high-$p_t$ data in $Cu$-$Cu$ collisions are addressed by implementing effects of a finite formation time and an estimate of $B$ meson feeddown, which largely resolve the problem. The sensitivity of the spectra to the Cronin effect and different in-medium dissociation rates is studied. The predicted elliptic flow in semicentral $Au$-$Au$ collisions is rather small, $\sim$2-3%.

연구 동기 및 목표

• RHIC에서의 $Cu$-$Cu$ 충돌에서 이론적 예측과 고$-p_t$ $J/\psi$ 데이터 사이의 격차를 해결하기 위해.
• 유한한 형성 시간과 $B$-메손 피드다운이 고횡방향 운동량에서의 $J/\psi$ 억제에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 중간 매질에서의 해리 메커니즘과 Cronin 효과에 따라 $p_t$ 스펙트럼과 타원류($v_2$)에 대한 민감도를 평가하기 위해.
• $v_2$가 $J/\psi$ 재결합과 직접 생성 메커니즘의 탐지 도구로 가능한지 평가하기 위해.

제안 방법

• 이중성분 모델은 $J/\psi$ 생성을 직접 생성과 재결합 성분으로 분해하며, 직접 생성은 볼츠만 운동 방정식과 초기 상태의 $p_t$ 확산(즉, Cronin 효과)으로 모델링된다.
• 재결합는 세부 균형 원리와 운동량에 의존하지 않는 열역학적 비율 방정식을 사용하여 계산되며, 불완전한 캐피온 쿼크의 열역학적 평형화를 고려하기 위해 회복 시간 인자(relaxation-time factor)가 포함된다.
• 타원류 $v_2(p_t)$는 억제 및 응집 모델의 입력을 바탕으로 직접 생성 성분과 재결합 성분의 $v_2$에 대한 가중 평균으로 계산된다.
• 유한한 형성 시간 효과는 예비 하드론화 상태의 $c\bar{c}$ 쌍에 대해 해리율을 감소시켜 모델링되며, $\tau \leq \tau_f^{\text{lab}}$일 경우 $\Gamma_{c\bar{c}} \propto \tau / \tau_f^{\text{lab}}$로 표현된다.
• $B$-메손 피드다운은 테바트론 데이터를 기반으로 ±50%의 불확실성 범위로 추정되며, 직접 생성 성분의 일부를 대체하여 고$-p_t$ 일치도를 향상시킨다.
• 자기장 내 해리 메커니즘의 대안으로, 진공 유도 에너지를 포함한 글루온 해리와 자유입자 해리 간의 운동량 의존성에 대한 비교 분석이 수행된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 유한한 형성 시간 효과는 $Cu$-$Cu$ 충돌에서 고$-p_t$ 영역에서의 $J/\psi$ 억제에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 $B$-메손 피드다운은 고$-p_t$ 영역에서 관측된 $J/\psi$ 수확에 얼마나 기여하는가?
• RQ3 왜 반중성자 $Au$-$Au$ 충돌에서 예측된 $J/\psi$ 타원류 $v_2$는 작다(~2-3%)는가?
• RQ4 $p_t$ 스펙트럼은 유동성 해리 메커니즘의 선택(예: 자유입자 해리 대비 글루온 해리)에 얼마나 민감한가?
• RQ5 $d$-$Au$ 충돌에서의 $R_{dA}(p_t)$ 데이터로 Cronin 효과와 초기 상태의 $p_t$ 확산을 제약 조건으로 설정할 수 있는가?

주요 결과

• 유한한 형성 시간 효과를 포함함으로써 고$-p_t$ 억제가 감소하여, 특히 $p_t > 5$ GeV/$c$ 영역에서 $Cu$-$Cu$ 데이터와의 일치도가 향상된다.
• ±50%의 불확실성 범위로 $B$-메손 피드다운을 추가함으로써 고$-p_t$ 영역에서 직접 생성 성분이 크게 증가하여 이론적 $R_{AA}(p_t)$가 PHENIX 및 STAR 데이터와 밀접하게 일치하게 된다.
• $Au$-$Au$ 충돌에서의 $J/\psi$ $v_2(p_t)$ 예측값은 $p_t$ 스펙트럼 전반에 걸쳐 2%에서 3% 사이로 매우 작으며, 이는 고$-p_t$ 영역에서 재결합 성분의 기여도가 낮기 때문이다.
• 형성 시간 효과나 $B$-피드다운를 고려하지 않은 모델의 기본 예측은 고$-p_t$ 영역에서 억제를 과도하게 예측하여, 데이터와의 일치를 위해 이러한 효과들이 필수적임을 시사한다.
• 자기장 내 해리 메커니즘으로 글루온 해리를 사용할 경우 $p_t$ 스펙트럼이 더 뚜렷해지지만, QGP에서 진공 유도 에너지를 사용하는 것은 물리적으로 현실적이지 않을 수 있다.
• PHENIX의 $R_{dA}(p_t)$ 데이터는 初기 상태의 $p_t$ 확산 매개변수 $a_{gN}$를 제약 조건으로 설정하며, $a_{gN} = 0.4$ GeV$^2$/fm일 때 고$-p_t$ 영역에서 더 좋은 일치도를 보인다.