[논문 리뷰] Competition between $J/\psi$ Suppression and Regeneration in Quark-Gluon Plasma

Li Yan, Pengfei Zhuang외 1명|arXiv (Cornell University)|2006. 08. 03.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 양자 chromodynamics(양성광) 과정(g+J/ψ ↔ c+\bar{c})와 유체역학적 진화를 포함하는 운동방정식을 사용하여 쿼크-글루온 플라즈마에서 J/ψ의 억제와 재결합 간의 경쟁을 모델링한다. RHIC에서는 중간 상태 J/ψ 생성이 운동량 분포를 형성하지만, LHC에서는 초기 억제가 거의 완전하여 재결합이 지배한다.

ABSTRACT

We investigate the competition between $J/\\psi$ suppression and regeneration in heavy ion collisions at RHIC and LHC energies. The $J/\\psi$ transport equation, with both gain and loss terms that are controlled by the pQCD processes $g+J/\\psi\\leftrightarrow c+\\bar c$ plus the hydrodynamic evolution, is solved in a self-consistent manner. Elliptic flow $v_2$, averaged transverse momentum square $\\left<p^2_t\ ight>$ and nuclear modification factor $R_{AA}$ are calculated. Our findings are: (i) At RHIC, the continuous in-medium production is crucial for $J/\\psi$ momentum distribution, while the elliptic flow is still dominated by the creation at initial impact; (ii) At LHC, almost all the initially created $J/\\psi$s are eaten up by the medium and the regeneration becomes the dominant channel for $J/\\psi$ production.

연구 동기 및 목표

• RHIC 및 LHC 에너지에서의 고에너지 충돌에서 J/ψ 억제와 재결합 간의 상호작용을 이해하기 위해.
• 최종 J/ψ 수율에 대한 초기 상태 생성과 중간 상태 재결합의 기여도 비율을 규명하기 위해.
• 유체역학적 진화와 pQCD 과정이 J/ψ 관측량인 R_AA, v₂, ⟨p²ₜ⟩에 어떻게 함께 영향을 미치는지 평가하기 위해.
• 충돌 에너지에 따라 억제 지배에서 재결합 지배로의 전이 과정을 명확히 하기 위해.

제안 방법

• pQCD 과정을 통해 손실(억제) 및 양(재결합) 항을 포함하는 J/ψ에 대한 운동방정식을 해결한다.
• 중간 상태에서 J/ψ 재결합의 주요 메커니즘으로 g+J/ψ ↔ c+\bar{c} 과정을 통합한다.
• 운동방정식을 쿼크-글루온 플라즈마의 유체역학적 진화와 자발적으로 결합한다.
• 핵반환 인자 R_AA, 타원형 유동 v₂, 평균 횡방향 운동량 제곱 ⟨p²ₜ⟩과 같은 주요 관측량을 계산한다.
• evolving 중간 상태를 모델링하기 위해 고에너지 충돌 시뮬레이션의 초기 조건을 사용한다.
• 재결합 역학의 에너지 의존성을 평가하기 위해 RHIC와 LHC 에너지 간의 결과를 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 RHIC에서 중간 상태 J/ψ 재결합은 최종 상태 J/ψ 운동량 분포에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 LHC에서 관측된 J/ψ의 몇 퍼센트가 재결합에서 비롯되고, 몇 퍼센트가 초기 상태 생성에서 비롯되는가?
• RQ3 J/ψ의 타원형 유동 v₂는 초기 생성에서 기인하는가, 아니면 중간 상태 생성에서 기인하는가?
• RQ4 충돌 에너지가 증가함에 따라 억제와 재결합 간의 경쟁은 어떻게 변화하는가?
• RQ5 유체역학적 중간 상태는 J/ψ 수율과 운동학에 어떻게 영향을 미치는가?

주요 결과

• RHIC에서 지속적인 중간 상태 J/ψ 생성은 초기 억제에도 불구하고 최종 운동량 분포를 크게 형성한다.
• RHIC에서 타원형 유동 v₂는 여전히 초기 충돌에서 생성된 J/ψ에 의해 주로 결정되며, 재결합에 의해 영향을 받지 않는다.
• LHC에서 거의 모든 초기 생성 J/ψ는 중간 상태에 의해 억제되어 재결합이 주요 생성 채널이 된다.
• R_AA는 억제 및 재결합 과정을 모두 포함할 때에만 잘 재현된다.
• 평균 횡방향 운동량 제곱 ⟨p²ₜ⟩은 초기 경직된 산란과 중간 상태 재결합 간의 상호작용을 반영한다.
• 재결합은 충돌 에너지가 증가할수록 점점 더 중요해지며, 이는 LHC에서 RHIC보다 J/ψ 수율이 증가하는 이유를 설명한다.