[논문 리뷰] Cold Nuclear Matter Effects on Open and Hidden Heavy Flavor Production at the LHC

R. Vogt|arXiv (Cornell University)|2015. 08. 06.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 2인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 LHC에서 √sNN = 5.02 TeV 조건 하에서 p+Pb 충돌에서 열린 및 숨겨진 중량 쿼크 생성에 대한 냉각 핵물질(CNM) 효과를 조사하며, 핵형 그림자 효과, 파arton 에너지 손실, 그리고 $k_T$ 확산을 중심으로 다룬다. EPS09 핵물질 파arton 분포함수와 NLO pQCD 계산을 사용하여, 그림자 효과가 핵조합 수정 인자 $R_{p\text{Pb}}$ 에서 지배적임을 보여주지만, 매질 내 $k_T$ 확산은 이 효과를 상쇄시킬 수 있으며, 데이터의 불확도 범위 내에서 강화된 확산 시나리오가 가능하다.

ABSTRACT

We discuss a number of cold nuclear matter effects that can modify open heavy flavor and quarkonium production in proton-nucleus collisions and could thus also affect their production in nucleus-nucleus collisions, in addition to hot quark-gluon plasma production. We show some results for $p+$Pb collisions at sqrt s = 5 TeV at the LHC.

연구 동기 및 목표

• √sNN = 5.02 TeV 조건 하에서 p+Pb 시스템을 연구하여, 중이온 충돌에서 냉각 핵물질 효과와 쿼크-글루온 플라즈마 효과를 분리하는 것.
• 핵형 그림자 효과, 파arton 에너지 손실, $k_T$ 확산이 열린 및 숨겨진 채론늄 생성을 어떻게 수정하는지 평가하는 것.
• EPS09 NLO 핵물질 PDF와 다양한 분열 매개변수를 사용하여 D-메손에 대한 이론적 예측인 $R_{p\text{Pb}}$ 를 ALICE 데이터와 비교하는 것.
• 매질 내에서 강화된 $k_T$ 확산이 그림자 효과로 인한 억제를 상쇄시킬 수 있는지 평가하는 것. 이는 데이터의 불확도 범위에 기반한다.

제안 방법

• Pb($A=208$)의 핵물질 파arton 밀도 수정을 모델링하기 위해 EPS09 NLO 및 LO 핵물질 글루온 분포함수를 사용한다.
• √sNN = 5.02 TeV 조건 하에서 p+Pb 충돌에서 $J/\psi$ 및 D-메손 생성에 대해 NLO pQCD 계산을 적용한다.
• 핵조합 수정 인자 $R_{p\text{Pb}}(y,p_T)$ 는 p+Pb에서의 미분 단면적을 pp에 대한 값으로 나누고, 핵두께 $T_{p\text{Pb}}$ 로 정규화하여 계산한다.
• 다양한 값으로 조절 가능한 $k_T^2$ 를 이용해 분열 함수에 $k_T$ 확산를 통합하여 민감도를 테스트한다.
• D-메손으로의 쿼크 분열을 모의하기 위해 조정 가능한 $\epsilon_c$ 를 가진 페트슨 분열 함수를 사용하며, $\epsilon_c = 0.06$ 와 $\epsilon_c = 0.008$ 를 테스트한다.
• 결과를 $D^0$, $D^+$, $D^{*}$ 와 그 반입자에 대해 $p_T$ 에 대해 평균화한 ALICE 데이터의 $R_{p\text{Pb}}$ 와 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 √sNN = 5.02 TeV 조건 하에서 p+Pb 충돌에서 D-메손의 $R_{p\text{Pb}}$ 비율에 대해 핵형 그림자 효과와 $k_T$ 확산이 함께 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 매질 내에서 강화된 $k_T$ 확산이 그림자 효과로 인한 억제를 $R_{p\text{Pb}}$ 에서 어느 정도 상쇄시킬 수 있는가?
• RQ3 페트슨 분열 매개변수 $\epsilon_c$ 를 다른 값으로 선택할 경우, $R_{p\text{Pb}}$ 의 $p_T$ 의존성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 $k_T^2$ 값(0에서 1.92 GeV² 사이)을 변화시켰을 때, 이론과 ALICE 데이터 간의 일치도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 $R_{p\text{Pb}}$ 의 관측된 데이터 불확도가 p+Pb에서 pp에 비해 상당히 강화된 $k_T$ 확산 시나리오를 수용할 수 있는가?

주요 결과

• EPS09 NLO PDF를 통해 기술된 핵형 그림자 효과가, 낮은에서 중간 $p_T$ 영역에서 D-메손의 $R_{p\text{Pb}}$ 를 억제하는 데 지배적인 효과이다.
• $k_T$ 확산을 0으로 설정하고 $\epsilon_c = 0.06$ 일 경우, 이론적 $R_{p\text{Pb}}$ 는 데이터의 불확도 범위 내에서 ALICE 데이터와 일치한다.
• $\epsilon_c$ 를 0.008로 감소시키면 분열 함수가 부드러워지며, $k_T^2 = 1.46$ GeV² 와 조합했을 때 모델은 여전히 데이터와 일치한다.
• $k_T^2 = 1.92$ GeV² 와 $\epsilon_c = 0.008$ 인 강화된 확산 시나리오를 p+Pb에서만 적용했을 경우, 여전히 $R_{p\text{Pb}}$ 비율이 ALICE 데이터와 일치한다. 이는 이러한 확산이 그림자 효과를 상쇄시킬 수 있음을 시사한다.
• p+Pb에서 더 큰 본질적 $k_T$ 힘을 가진 것으로 가정한 검은 점선 곡선은, 강화된 확산이 억제 효과를 줄일 수 있음을 보여주지만, 큰 데이터 불확도로 인해 명확한 선호도는 발견되지 않았다.
• 결과적으로, 그림자 효과가 중요하긴 하지만, $k_T$ 확산과 분열 매개변수들은 $R_{p\text{Pb}}$ 데이터 해석에 있어 핵심적인 불확도 요소이며, LHC 데이터를 포함한 새로운 종합 분석이 필요하다.