[논문 리뷰] Nuclear modification of forward $D$ production in pPb collisions at the LHC

H. Fujii, K. Watanabe|arXiv (Cornell University)|2017. 06. 21.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 LHC에서의 pPb 충돌에서 전방 D 메손 및 반코어형 붕괴 레프톤(e, μ) 생성의 핵물질 수정을 색유리 응축체(CGC) 프레임워크에서 1차 순서로 조사한다. k⊥-의존성 윌슨 라인 상관관계와 실행-결합 상수 BK 진화를 사용하여 핵에서의 글루온 포화를 모델링하며, 전방 빠르기 및 낮은 횡방향 운동량(p⊥ < 2 GeV)에서 D 및 레프톤 생성의 상당한 핵물질 억제를 예측한다. 핵물질 수정 인자 R_pA의 정량적 표를 제공한다.

ABSTRACT

We study nuclear modification factors for single $D$ meson and semileptonic decay lepton $l$ ($=e,μ$) production in minimum bias proton-nucleus (p$A$) collisions at the LHC in the color-glass-condensate (CGC) framework at leading order in strong coupling. In our numerical computations, transverse momentum ($k_\perp$) dependent multi-point Wilson line correlators are employed for describing target nucleus for p$A$ and proton for pp. The projectile proton is treated with unintegrated gluon distribution function, which is also $k_\perp$-dependent. The rapidity evolutions of these functions in the small Bjorken $x$ region are taken into account by solving running coupling Balitsky-Kovchegov (BK) equation at leading logarithmic accuracy. For simplicity, we employ Kartvelishvili's type fragmentation function and a simple model for lepton energy distribution from seileptonic decay, respectively, to compute differential cross sections for $D$ and $l$ production. The gluon saturation scale inside the heavy nucleus is enhanced and dependent on $x$, which we take into account by replacing the initial saturation scale in the BK equation with a larger value for the heavy nucleus. We show that the saturation effect leads to perceptible nuclear suppression of $D$ production at forward rapidity. Our numerical results predict similar nuclear suppressions in p$A$ collisions for forward $l$ production at lower transverse momentum $p_\perp&lt;2\;{ m GeV}$. Numerical tables on the nuclear modifications of $D$ and $l$ are listed in this note.

연구 동기 및 목표

• LHC에서의 pPb 충돌에서의 중량 쿼크 생성에 있어서 초기 상태 핵물질 효과, 특히 핵에서의 글루온 포화를 조사하기 위해.
• 색유리 응축체(CGC) 프레임워크가 전방 빠르기에서 D 메손 및 붕괴 레프톤 생성에 미치는 영향을 정량화하기 위해.
• 미래 LHC 데이터와의 비교를 위해 D 및 레프톤 생성에 대한 핵물질 수정 인자 R_pA의 수치 예측을 제공하기 위해.
• 체계적인 변화를 통해 초기 포화 스케일과 중량 쿼크 질량에 대한 모델 의존성 평가하기 위해.

제안 방법

• 핵물질과 도전 프로톤을 기술하기 위해 k⊥-의존성 다중점 윌슨 라인 상관관계를 사용하는 1차 순서 CGC 프레임워크를 사용한다.
• 작은 Bjorken x 영역에서 빠르기 방향으로 디폴프 진폭을 진화시키기 위해 실행-결합 상수 발리츠키-코브체고(rcBK) 방정식을 적용한다.
• 프로톤에 대해 k⊥-의존성 비통합 글루온 분포 함수를 구현하고, 핵에 대해 A^{1/3}에 의해 증가된 포화 스케일을 사용한다.
• D 메손 생성을 위해 카르티벨리시비 유형의 분해 함수를 사용하고, 반코어형 붕괴에서 레프톤 에너지 분포를 단순 모델로 구현한다.
• D 및 레프톤 생성의 미분 단면적을 계산한 후, 핵물질 수정 인자 R_pA = σ_pA / (A × σ_pp)를 유도한다.
• 모델 불확실성을 추정하기 위해 초기 포화 스케일과 중량 쿼크 질량을 변화시켜 수치 계산을 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 핵에서의 글루온 포화가 LHC에서의 pPb 충돌에서 전방 D 메손 생성을 얼마나 억제하는가?
• RQ2 낮은 횡방향 운동량에서 반코어형 붕괴 레프톤(e, μ)의 핵물질 수정 인자 R_pA는 D 메손의 R_pA와 어떻게 비교되는가?
• RQ3 R_pA 예측은 초기 포화 스케일과 중량 쿼크 질량의 변화에 얼마나 민감한가?
• RQ4 D 및 레프톤 생성에 대한 R_pA의 빠르기 의존성은 무엇이며, 가용한 LHC 데이터와 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• CGC 프레임워크는 전방 빠르기 및 낮은 횡방향 운동량(p⊥ < 2 GeV)에서 D 메손 생성에 상당한 핵물질 억제를 예측하며, R_pA 값이 1보다 훨씬 낮다.
• 유사한 억제 현상이 반코어형 붕괴 레프톤(e, μ)에서도 관찰되며, p⊥ < 2 GeV에서 R_pA < 1이 되어 레프톤 생성이 D 메손으로부터의 포화 효과를 물려받음을 나타낸다.
• 다양한 p⊥ 및 빠르기 영역에 대해 D 및 레프톤 생성의 R_pA 수치 표를 제공하여 LHC 데이터와 직접 비교할 수 있도록 한다.
• 억제 현상은 핵의 초기 포화 스케일과 중량 쿼크 질량에 민감하며, 파rameter 변화를 통한 모델 불확실성이 정량화되어 있다.
• 결과는 전방 빠르기에서 D⁰ 생성에 대한 초도 LHCb 데이터 및 중간 빠르기에서 레프톤 생성에 대한 ALICE 데이터와 일치한다.