[논문 리뷰] Statistical hadronization of charm in heavy ion collisions

A. Kostyuk|ArXiv.org|2003. 06. 13.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 6인용 수 15

한 줄 요약

이 논문은 중성자-중성자 충돌에서 채르모 하드론 생성을 설명하기 위해 통계적 융합 모델(Statistical Coalescence Model, SCM)을 제안한다. 여기서 채르모 쿼크는 초기에 하드 파르톤 충돌에서 생성되며, 이후 하드론화 과정에서 개방형 및 은닉형 채르모 하드론으로 통계적으로 분포된다. 이 모델은 RHIC에서 중심성에 의존하지 않는 $J/\psi$ 수확량을 성공적으로 재현하여, 후기 단계의 융합이 초기 생성보다 지배적임을 시사하며, 표준 쿼크-글루온 플라즈마 압축 시나리오에 도전한다.

ABSTRACT

Production of open and hidden charm hadrons in heavy ion collisions is considered within the statistical coalescence model (SCM). Charmed quark-antiquark pairs are assumed to be created at the initial stage of the reaction in hard parton collisions. The number of these pairs is conserved during the evolution of the system. At hadronization, the charmed (anti)quarks are distributed among open and hidden charm hadrons in accordance with laws of statistical mechanics. Important special cases: a system with a small number of charmed quark-antiquark pairs and charm hadronization in a subsystem of the whole system are considered. The model calculations are compared with the preliminary PHENIX data for J/psi production at RHIC. Possible influence of the in-nuclear modification of the parton distribution functions (shadowing) on the SCM results is studied.

연구 동기 및 목표

• 중성자-중성자 충돌에서 비열역학적 채르모 생성이지만 열역학적 $\psi^\prime/J/\psi$ 수확량 비율이 관측되는 모순을 해결하기 위해.
• 비평형 상태의 채르모 쿼크 수를 고려하면서도 최종 상태로의 통계적 분포를 반영하는 채르모 하드론화를 위한 통계 모델을 개발하기 위해.
• 긴 릴랙세이션 시간에도 불구하고 채르모 하드론화가 통계역학으로 기술될 수 있는지 테스트하기 위해.
• PHENIX $J/\psi$ 데이터를 RHIC에서 모델 예측과 비교하고, 샤프팅과 같은 매개체 효과의 역할을 평가하기 위해.

제안 방법

• 채르모 쿼크-반쿼크 쌍은 초기에 하드 파르톤 충돌에서 생성되며, 진화 과정에서 그 수가 보존된다.
• 하드론화 과정은 통계적 과정으로 모델링되며, $c$와 $\bar{c}$가 개방형 및 은닉형 하드론으로 통계역학에 따라 분포된다.
• 광역정태 접근법을 사용하여 개방형 채르모와 반코어 쿼크 인구를 균형 잡기 위해 채르모 화학적 포텐셜 $\mu_c$를 사용한다. 이는 $\mu_b$가 비제로일 때에도 가능하다.
• 모델은 이분포 통계를 사용해 국한된 속도 창 내에서 $c$와 $\bar{c}$의 확률을 서브시스템으로 일반화한다.
• 서브시스템에서의 평균 $J/\psi$ 다중도는 $\langle H\rangle_{AB(b)}^{(\xi)} \approx \xi^2 \langle c\bar{c}\rangle_{AB(b)} (\langle c\bar{c}\rangle_{AB(b)}+1) \frac{\tilde{N}_H}{\tilde{N}_1\tilde{N}_{\bar{1}}}$ 로 유도된다.
• 경계 조건 파rameters ($T=177$ MeV, $\mu_b=29$ MeV)는 경량 하드론 데이터로부터 고정되며, $\xi$는 PHENIX 데이터에 적합된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 중심성의 Pb+Pb 충돌에서 관측된 $\psi^\prime/J/\psi$ 수확량 비율은 비열역학적 채르모 생성 메커니즘과 통계적 하드론화로 설명될 수 있는가?
• RQ2 RHIC에서의 중심성 의존성에 따른 $J/\psi$ 다중도는 후기 단계의 융합이 초기 생성과 압축보다 지배적인가?
• RQ3 핵 내 파르톤 분포 함수의 수정(샤프팅)은 관측된 $J/\psi$ 수확량에 어떤 영향을 미치며, 이를 융합 효과와 구별할 수 있는가?
• RQ4 통계적 융합 모델은 SPS 및 RHIC 데이터 모두와 일치하는가? 특히 비정상적인 $\psi^\prime$ 생존 현상과 관련하여.

주요 결과

• 통계적 융합 모델은 $\sqrt{s}=200$ GeV Au+Au 충돌에서 중간 속도 창에서 이진 충돌 당 중심성에 의존하지 않는 $J/\psi$ 다중도를 성공적으로 재현한다.
• PHENIX 데이터에 대한 최적의 피팅 결과 $\chi^2/\text{dof} = 0.75$ 는 $\xi \approx 0.18$ 를 의미하며, 이는 약 18%의 채르모 쿼크만이 중심 속도 창 내에 있음을 시사한다.
• 모델은 중간 속도 창에서 중심성에 따라 평탄한 $J/\psi$ 수확량을 예측한다. 이는 총 수확량이 증가하는 것과 대비되며, 중간 속도 창에서 체적 증가 속도가 더 빠르기 때문이다.
• RHIC에서 관측된 $J/\psi$ 수확량은 표준 QGP 압축 시나리오로는 설명될 수 없다. 이는 관측된 것보다 더 강한 압축을 예측하기 때문이다.
• 모델은 하드론화 시 $c\bar{c}$ 융합이 주요 메커니즘이며, 초기 생성된 채르모니아의 생존이 아님을 시사한다.
• 핵 내 파르톤 분포 함수의 수정(샤프팅)은 $J/\psi$ 수확량 감소를 초래할 것이지만, 관측된 포화 현상은 융합이 지배적임을 시사한다.