[논문 리뷰] Measurement of D$^{+}$ meson production in p-Pb collisions with the ALICE detector

Riccardo Russo|arXiv (Cornell University)|2015. 10. 20.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 46인용 수 11

한 줄 요약

이 논문은 LHC의 ALICE 검출기에서 √sNN = 5.02 TeV에서의 p-Pb 충돌에서 D⁺ 메손 생성을 측정한다. D⁺ → K⁻π⁺π⁺ 붕괴 채널을 분석함으로써, 다양한 운동량 및 빠르기 영역에서 핵조절 인자 R_pPb를 추출하여, 양성자- lead 시스템에서의 파르톤 에너지 손실과 냉각 핵물질 효과에 대한 통찰을 제공한다.

ABSTRACT

The main goal of the experimental programs on ultra-relativistic heavy ion collisions at the LHC is the production and characterization of the Quark Gluon Plasma (QGP), a phase of nuclear matter in which strongly interacting constituents (quarks and gluons) are deconfined. Heavy quarks are considered effective probes of the properties of the QGP as they are created on a short time scale, with respect to that of the QGP, and subsequently interact with it. Moreover, for a proper assessment of the characteristics of the matter produced in heavy-ion collisions, it is important to disentangle the final state effects due to the formation of a QGP from the initial state effects due to the fact that nuclei are present in the colliding system. Both initial and final state effects may lead to qualitatively similar phenomena in the observables of interest. The measurement of charmed meson production in proton-nucleus collisions allows to assess initial state effects present in nuclear collisions, under the assumption that an extended deconfined medium is not created in this kind of interactions. The nuclear modification factor of $D$ mesons in p-Pb collisions ($R_{ m pPb}$) is essential for a complete understanding of the modification of $D$ mesons momentum distributions observed in Pb-Pb collisions at $\sqrt{s_{ m NN}}$= 2.76 TeV, which is interpreted as due to the $c$-quark energy loss in the medium. In addition, some of the results obtained from high-multiplicity p-Pb collisions at LHC, such as the ridge structure in the two-particle correlation function, turned out to be unexpected, and have been interpreted in terms of final state effects such as hydrodynamic flow. These aspects make a study of charmed meson production in p-Pb collisions as a function of the event multiplicity of great interest.

연구 동기 및 목표

• √sNN = 5.02 TeV에서의 p-Pb 충돌에서 D⁺ 메손의 생성 수율을 측정하기 위해.
• 운동량 및 빠르기 함수로서 핵조절 인자 R_pPb를 결정하기 위해.
• 양성자- lead 충돌에서의 파르톤 에너지 손실 및 핵 그림자 효과와 같은 냉각 핵물질 효과를 조사하기 위해.
• 핵 환경에서의 무거운 쿼크 생성 이론 모델과 비교하기 위한 정밀한 실험 데이터를 제공하기 위해.

제안 방법

• LHC의 ALICE 검출기를 사용하여 √sNN = 5.02 TeV에서의 p-Pb 충돌 데이터를 수집하기 위해.
• 정점 재구성 및 입자 식별을 통해 D⁺ 메손을 D⁺ → K⁻π⁺π⁺ 붕괴 채널을 통해 재구성하기 위해.
• 조합 배경 및 비-D⁺ 기여를 억제하기 위해 운동역학적 및 기하학적 선택 조건을 적용하기 위해.
• 운동량 (p_T) 및 빠르기 (y) 구간에서 미분 생성 단면적 측정하기 위해.
• 핵 효과를 정량화하기 위해 핵조절 인자 R_pPb = (1/N_coll) × (dσ_pPb/dp_T)/(dσ_pp/dp_T) 계산하기 위해.
• 효율성, 배경 및 검출기 반응에 대한 체계적 불확도 평가 수행하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 동일한 질량 중심계 에너지에서 p-Pb 충돌에서 D⁺ 메손의 생성률은 pp 충돌에서와 어떻게 비교되는가?
• RQ2 운동량 및 빠르기 함수로서 핵조절 인자 R_pPb의 행동은 어떠한가?
• RQ3 R_pPb가 단위에서의 유의미한 이탈이 있는가? 이는 파르톤 에너지 손실 또는 기타 냉각 핵물질 효과를 시사하는가?
• RQ4 측정된 D⁺ 생성률은 핵물질 내에서의 무거운 쿼크 생성 이론 모델을 지지하거나 도전하는 데 얼마나 기여하는가?

주요 결과

• p-Pb 충돌에서 측정된 D⁺ 메손 생성 단면적은 운동량에 따라 명확한 의존성을 보이며, 저운동량 영역에서 피크를 보인다.
• 대부분의 p_T 및 y 영역에서 R_pPb는 불확도 범위 내에서 단위와 일치하며, 유의미한 억제 또는 강화가 없음을 시사한다.
• 특정 운동역학적 영역에서 단지 작은 이탈이 관측되었지만, 이는 체계적 불확도 범위 내에 있으며 강한 핵 매질 효과를 나타내지 않는다.
• 결과는 양성자-핵물질 기반의 양자 색역학 및 냉각 핵물질 모델에 기반한 이론 예측과 일치한다.
• 분석은 ALICE 검출기가 소형 충돌 시스템에서 무거운 쿼크 수소입자를 정밀하게 측정할 수 있는 능력을 보여준다.
• 측정된 R_pPb 값은 이 에너지에서 p-Pb 시스템에서 강한 파르톤 에너지 손실 효과가 없음을 시사한다.