[논문 리뷰] Constraining hadronization mechanisms with $ m Λ_{ m c}^{+}$/D$^0$ production ratios in Pb-Pb collisions at $\sqrt{s_{ m NN}} = 5.02$ TeV

ALICE Collaboration|Publication Server of Goethe University Frankfurt am Main (Goethe University Frankfurt)|2021. 12. 15.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 $ mackslash Lambda_{ m c}^{+}/D^0$ 생성 비율을 $ mackslash sqrt{s_{ m NN}} = 5.02$ TeV에서 Pb-Pb 충돌에서 중심성 및 횡방향 운동량($p_{ m T}$) 범위에 걸쳐 1 GeV/$c$까지 고정밀도로 측정한다. $4 < p_{ m T} < 8$ GeV/$c$ 범위에서 $p_{ m T}$-차수 비율이 pp 충돌에 비해 3.7$ackslash sigma$ 증가함을 발견하여, 쿼크-글루온 플라즈마에서의 코발런스 또는 통계적 하드론화 모델이 코발런스 바리온 형성에 기여함을 지지한다.

ABSTRACT

The production of prompt $ m Λ_{ m c}^{+}$ baryons at midrapidity ($|y|&lt;0.5$) was measured in central (0-10%) and mid-central (30-50%) Pb-Pb collisions at the center-of-mass energy per nucleon-nucleon pair $\sqrt{s_{ m NN}} = 5.02$ TeV with the ALICE detector. The results are more precise, more differential in centrality, and reach much lower transverse momentum ($p_{ m T}=1$ GeV/$c$) with respect to previous measurements performed by the ALICE, STAR, and CMS Collaborations in nucleus-nucleus collisions, allowing for an extrapolation down to $p_{ m T}=0$. The $p_{ m T}$-differential $ m Λ_{ m c}^{+}$/D$^0$ production ratio is enhanced with respect to the pp measurement for $4

연구 동기 및 목표

• Pb-Pb 충돌에서 $\rm\Lambda_{\rm c}^{+}/D^0$ 비율을 측정하여 쿼크-글루온 플라즈마에서 코발런스 쿼크의 하드론화 메커니즘을 제약한다.
• 코발런스 또는 통계적 하드론화 모델 중 어느 것이 뜨겁고 조밀한 매질에서 코발런스 바리온 생성을 더 잘 기술하는지 조사한다.
• 코발런스 모델이 예측한 바와 같이 $p_{\rm T}$-차수 $\rm\Lambda_{\rm c}^{+}/D^0$ 비율이 다중도 및 중심성에 따라 어떻게 변화하는지 결정한다.
• 특히 저 $p_{\rm T}$에서의 pp 충돌과 중이온 시스템 간의 $\rm\Lambda_{\rm c}^{+}/D^0$ 비율 간 괴리 문제를 해결한다.

제안 방법

• ALICE 검출기로 $ mackslash sqrt{s_{ m NN}} = 5.02$ TeV에서 Pb-Pb 충돌에서 중간속도($|y| < 0.5$)에서 $\rm\Lambda_{\rm c}^{+}$ 및 $D^0$ 생성 수확을 측정한다.
• 시스템 크기 의존성을 연구하기 위해 0–10% (중심) 및 30–50% (중앙부) 충돌 중심성 범위에서 데이터를 분석한다.
• $p_{\rm T} = 1$ GeV/$c$까지의 $p_{\rm T}$-차수 및 $p_{\rm T}$-통합 비율 측정을 수행하여 $p_{\rm T} = 0$으로의 외推를 가능하게 한다.
• 미측정된 코발런스 바리온 상태의 피드다운를 포함한 쿼크 결합, 공명 재결합, 통계적 하드론화 모델과 결과를 비교한다.
• 중이온 충돌에서 매질 효과를 분리하기 위해 동일 에너지에서의 pp 충돌 데이터를 기준으로 사용한다.
• 고효율과 낮은 배경을 갖는 운동학적 및 위상 구조 재구성 기법을 적용하여 $\rm\Lambda_{\rm c}^{+}$ 및 $D^0$ 붕괴를 식별한다.

Figure 1: Left: $p_{\rm T}$ -differential production yields of prompt $\rm\Lambda_{\rm c}^{+}$ in central (0–10%) and mid-central (30–50%) Pb–Pb collisions at $\sqrt{s_{\mathrm{NN}}}=5.02$ TeV compared to the pp reference [ 11 ] scaled by the $\langle T_{\rm AA}\rangle$ of the corresponding centrali

실험 결과

연구 질문

• RQ1 중심 Pb-Pb 충돌에서 $p_{\rm T}$-차수 $\rm\Lambda_{\rm c}^{+}/D^0$ 비율이 $ mackslash sqrt{s_{ m NN}} = 5.02$ TeV에서의 pp 충돌에 비해 유의미하게 증가하는가?
• RQ2 관측된 증가는 쿼크-글루온 플라즈마에서의 코발런스 또는 통계적 하드론화 모델에 의해 설명되는가?
• RQ3 코발런스 모델이 예측한 바와 같이 $p_{\rm T}$-통합 $\rm\Lambda_{\rm c}^{+}/D^0$ 비율이 중심성 또는 다중도에 따라 증가하는가?
• RQ4 다양한 충돌 시스템(pp, p–Pb, Pb–Pb) 간의 $p_{\rm T}$-차수 및 $p_{\rm T}$-통합 비율은 어떻게 비교되며, 이는 하드론화 메커니즘을 어떻게 드러내는가?

주요 결과

• $p_{\rm T}$-차수 $\rm\Lambda_{\rm c}^{+}/D^0$ 비율은 중심 Pb-Pb 충돌에서 $4 < p_{\rm T} < 8$ GeV/$c$ 범위에서 pp 충돌에 비해 3.7 표준편차 증가하였다.
• Pb-Pb 충돌에서의 $p_{\rm T}$-통합 $\rm\Lambda_{\rm c}^{+}/D^0$ 비율은 1$\sigma$ 불확도 범위 내에서 pp 측정치와 일치하였다.
• 관측된 $p_{\rm T}$-차수 증가는 이국성 영역에서의 $\Lambda/{\rm K}^{0}_{\rm{S}}$ 비율과 유사한 양상이며, 공통된 매질 효과를 시사한다.
• 미측정된 코발런스-바리온 상태의 피드다운를 포함한 쿼크 결합 또는 통계적 하드론화 모델 계산은 데이터를 잘 기술한다.
• 측정은 $p_{\rm T} = 1$ GeV/$c$까지 연장되어 $p_{\rm T} = 0$으로의 신뢰할 수 있는 외추정이 가능해져 저-$p_{\rm T}$ 하드론화 역학에 대한 제약이 향상되었다.
• 결과는 고다중도, 고온 매질 환경에서 코발런스 메커니즘이 코발런스 바리온 형성에 기여함을 지지한다.

Figure 2: Nuclear modification factor $R_{\mathrm{AA}}$ of prompt $\rm\Lambda_{\rm c}^{+}$ baryons in central (0–10%; left) and mid-central (30–50%; right) Pb–Pb collisions at $\sqrt{s_{\mathrm{NN}}}=5.02$ TeV, compared with the $R_{\mathrm{AA}}$ of prompt $\rm D^{+}_{\rm s}$ [ 60 ] and the average