[논문 리뷰] Dileptons from correlated D- and $\bar{ ext{D}}$-meson decays in the invariant mass range of the QGP thermal radiation using the UrQMD hybrid model

Thomas Lang, Hendrik van Hees외 2명|arXiv (Cornell University)|2013. 05. 31.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 1인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 중이온 충돌에서 상관관계가 있는 D- 및 D̄-메손 붕괴에서 유도된 이론적 이전자를 계산하기 위해 상대론적 랑주아ン 접근법을 적용한 UrQMD 하이브리드 모델을 사용한다. 1–3 GeV의 진동 질량 범위에서 측정된 이전자 수확량은 D-메손 붕괴만으로 예측된 것보다 높으며, 이는 쿼크-글루온 플라즈마(QGP)의 열복사 기여가 상당함을 시사하며, 이 질량 창에서 QGP 신호의 가능성을 제기한다.

ABSTRACT

Relativistic heavy-ion collisions produce a hot and dense thermalized medium, that is expected to emit thermal radiation in form of dileptons. These dileptons are not affected by the strong force and are therefore a clean probe for the possible creation of a Quark Gluon Plasma (QGP). However, electroweak decays of open-charm mesons are expected to induce a substantial background in the invariant mass region between the $ϕ$ and $J/Ψ$ peak ($1\, ext{GeV} \lesssim M_{\ell^+ \ell^-} \lesssim 3 \, ext{GeV}$) of the thermal QGP radiation. To evaluate this background radiation we apply a Langevin approach for the transport of charm quarks in the UrQMD (hydrodynamics + Boltzmann) hybrid model. Due to the inclusion of event-by-event fluctuations and a full (3+1)-dimensional hydrodynamic evolution, the UrQMD hybrid approach provides a more realistic model for the evolution of the matter produced in heavy ion collisions as compared to simple homogeneous fireball expansions usually employed before. As drag and diffusion coefficients we use a resonance approach for elastic heavy-quark scattering and assume a decoupling temperature of the charm quarks from the hot medium of $130\, ext{MeV}$. For the hadronization of the charm quarks we employ a coalescence approach at the decoupling temperature from the medium. In this letter we present our calculations of the D-meson correlations and the invariant mass spectra of the dilepton decays in heavy-ion collisions at FAIR, RHIC, and LHC energies using different interaction scenarios.

연구 동기 및 목표

• 1–3 GeV의 진동 질량 범위에서 열복사 QGP 복사의 탐색에 핵심적인 영역인 상관관계가 있는 D- 및 D̄-메손 붕괴에서 유래하는 이전자 배경을 정량화하기 위해.
• 매질과의 쿼크 상호작용이 이전자 스펙트럼과 각도 상관관계에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 이 질량 창에서 관측된 이전자 수확량이 D-메손 붕괴 기여만으로 초과되는지 확인하고, 이는 열복사 QGP 복사의 잠재적 신호일 수 있음을 확인하기 위해.
• 특히 비광자 전자 및 D-메손 관측량에 대해 RHIC 및 LHC의 실험 데이터를 사용하여 모델을 검증하기 위해.

제안 방법

• UrQMD 하이브리드 모델은 (3+1)차원 이상의 유체역학과 운동역학을 결합하여 중이온 충돌에서의 뜨겁고 밀도 높은 매질의 진화를 시뮬레이션한다.
• 상대론적 랑주아ン 접근법을 사용하여 쿼크 운반을 모델링하며, 레조넌스 기반 산란 접근법에서 유도된 저항력 및 확산 계수를 포함한다.
• 코어 쿼크는 130 MeV에서 매질에서 분리되어 D- 및 D̄-메손으로 응집 기구를 통해 하드론화된다.
• 이전자 스펙트럼은 상관관계가 있는 D- 및 D̄-메손 붕괴에서 계산되며, 세 가지 시나리오를 고려한다: 상호작용 없음, 물리적 상호작용 계수, 극한의 열평형 상태.
• 모델은 이벤트별 변동성과 완전한 3+1D 유체역학적 진화를 포함하여 균일한 화염병 모델보다 현실성 있는 결과를 제공한다.
• 결과는 PYTHIA pp 기준으로 정규화된 PHENIX의 이전자 진동 질량 스펙트럼 및 각도 상관관계와 비교된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 1–3 GeV의 진동 질량 범위에서 관측된 이전자 수확량이 상관관계가 있는 D- 및 D̄-메손 붕괴 기여만으로 초과되는가?
• RQ2 매질과의 쿼크 상호작용—저항력 및 확산을 통해—이전자 스펙트럼과 각도 상관관계에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 예측된 D-메손 붕괴 이전자와 실험 데이터 간의 괴리가 쿼크-글루온 플라즈마의 열복사로 기인할 수 있는가?
• RQ4 다른 상호작용 시나리오(상호작용 없음, 물리적, 극한의 열평형)가 예측된 이전자 스펙트럼과 상관관계에 어떤 정도의 영향을 미치는가?

주요 결과

• 코어 쿼크-매질 상호작용이 없는 계산은 1–3 GeV 범위에서 측정된 이전자 수확량을 재현하며, 매질 효과가 없는 조건에서 D-메손 붕괴만으로 데이터를 설명할 수 있음을 시사한다.
• 실제로 쓰이는 저항력 및 확산 계수를 포함한 경우, 예측된 이전자 수확량은 실험 데이터보다 크게 부족함을 보였다.
• 물리적 시나리오와 실험 데이터 간의 괴리는 1–3 GeV의 진동 질량 창에서 더욱 커지며, 이는 QGP의 열복사 기여가 가능함을 시사한다.
• 극한의 열평형 상태에서는 고진동 질량 이전자들이 강하게 억제되고 데이터에서 크게 벗어나며, 이는 스펙트럼이 상호작용 강도에 매우 민감함을 보여준다.
• 저항력 및 확산이 증가함에 따라 각도 상관함수는 평탄해지며, 이는 이전 연구 결과와 일치한다. 그러나 극한의 열평형 상태에서는 반경 및 타원형 유동으로 인해 작은 각도 상관관계가 증가한다.
• 모델은 D-메손의 각도 상관관계를 직접 측정할 경우 QGP 배경과 D-붕괴 기여를 분리하는 데 도움이 될 수 있음을 시사한다.