[논문 리뷰] Study of charm hadronization with prompt $ {\Lambda}_{ extrm{c}}^{+} $ baryons in proton-proton and lead-lead collisions at $ \sqrt{s_{ extrm{NN}}} $ = 5.02 TeV

Tumasyan, Armen, Adam, Wolfgang외 2332명|arXiv (Cornell University)|2023. 01. 01.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 43인용 수 2

한 줄 요약

이 연구는 2017년과 2018년 CMS 데이터를 사용하여 5.02 TeV의 프로톤-프로톤 및 PbPb 충돌에서 Λ⁺c 바리온의 프롬프트 생성을 Λ⁺c → pK⁻π⁺ 붕괴를 통해 측정한다. PbPb 충돌에서 pT > 10 GeV/c일 때 Λ⁺c 수확율이 강하게 억제되는 것으로 나타났으며, Λ⁺c/D⁰ 비율에서의 유의미한 증가가 없어, 고에너지에서의 바리온화 과정에서 공존의 기여가 미미하다는 것을 시사한다.

ABSTRACT

The production of prompt $\Lambda^+_\mathrm{c}$ baryons is measured via the exclusive decay channel $\Lambda^+_\mathrm{c} o$ pK$^-\pi^+$ at a center-of-mass energy per nucleon pair of 5.02 TeV, using proton-proton (pp) and lead-lead (PbPb) collision data collected by the CMS experiment at the CERN LHC. The pp and PbPb data were obtained in 2017 and 2018 with integrated luminosities of 252 and 0.607 nb$^{-1}$, respectively. The measurements are performed within the $\Lambda^+_\mathrm{c}$ rapidity interval $\vert y\vert \lt$ 1 with transverse momentum ($p_\mathrm{T}$) ranges of 3-30 and 6-40 GeV/$c$ for pp and PbPb collisions, respectively. Compared to the yields in pp collisions scaled by the expected number of nucleon-nucleon interactions, the observed yields of $\Lambda^+_\mathrm{c}$ with $p_\mathrm{T}\gt$ 10 GeV/$c$ are strongly suppressed in PbPb collisions. The level of suppression depends significantly on the collision centrality. The $\Lambda^+_\mathrm{c}$/D$^0$ production ratio is similar in PbPb and pp collisions at $p_\mathrm{T}\gt$ 10 GeV/$c$, suggesting that the coalescence process does not play a dominant role in prompt $\Lambda^+_\mathrm{c}$ baryon production at higher $p_\mathrm{T}$.

연구 동기 및 목표

• CMS 검출기에서 2017년과 2018년 데이터를 사용하여 √sNN = 5.02 TeV에서 프로톤-프로톤 및 lead-lead 충돌에서 프롬프트 Λ⁺c 바리온 생성을 고유한 붕괴 채널 Λ⁺c → pK⁻π⁺를 통해 측정한다.
• 중성자-핵 충돌과 pp 충돌 간의 Λ⁺c 수확율과 Λ⁺c/D⁰ 비율을 비교하여, 캬머 바리온의 핵합성 과정에서 파르톤 공존의 역할을 조사한다.
• 핵소멸 인자(RAA)를 통해 쿼크-글루온 플라즈마에서의 캬머 쿼크 에너지 손실과 핵합성 메커니즘의 영향을 평가한다.
• PbPb 충돌에서 Λ⁺c 억제의 pT 및 중심성 의존성을 조사하여, 매개체 내 파르톤 역학을 탐색한다.
• 특히 고가속도에서 분할과 공존의 우세함을 고려한 이론 모델을 테스트한다.

제안 방법

• 빠르도시티 범위 |y| < 1에서 고유한 붕괴 채널 Λ⁺c → pK⁻π⁺를 통해 Λ⁺c 바리온을 재구성한다.
• LHC의 CMS 검출기에서 2017년 pp 충돌에 대해 252 nb⁻¹, 2018년 PbPb 충돌에 대해 0.607 nb⁻¹의 통합 루미너시티를 사용한다.
• pp 충돌에서 3–30 GeV/c 범위, PbPb 충돌에서 6–40 GeV/c 범위에서 운동량(pT) 스펙트럼을 측정한다.
• PbPb 충돌에서의 Λ⁺c 수확율을 pp 충돌 수확율로 나누고, 핵합성 수차수를 고려하여 핵소멸 인자 RAA를 계산한다.
• PbPb 사건을 0–10%, 10–30%, 30–50%, 50–90% 중심성 밴드로 나누어 중심성 의존 억제를 분석한다.
• pp 충돌과 비교하여 PbPb 충돌에서의 Λ⁺c/D⁰ 생성 비율을 분석하여, 바리온 형성에서의 공존 기여도를 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고pT에서 PbPb 충돌에서 pp 충돌에 비해 프롬프트 Λ⁺c 바리온 생성은 어느 정도 억제되는가?
• RQ2 pp 충돌에 비해 PbPb 충돌에서 Λ⁺c/D⁰ 생성 비율이 증가하여, 캬머 쿼크와 경량 쿼크의 공존이 증가한 것으로 볼 수 있는가?
• RQ3 PbPb 충돌에서 Λ⁺c 바리온의 억제는 중심성에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ4 쿼크-글루온 플라즈마에서 고pT에서의 프롬프트 Λ⁺c 바리온 핵합성 메커니즘은 분할이 지배하는가, 아니면 공존이 지배하는가?
• RQ5 분할 또는 공존에 기반한 이론 모델은 중성자-핵 충돌에서 관측된 Λ⁺c 수확율과 비율을 어느 정도 재현하는가?

주요 결과

• PbPb 충돌에서 pT > 10 GeV/c일 때 Λ⁺c 핵소멸 인자 RAA는 1보다 유의미하게 작으며, 매개체 유도 에너지 손실에 의한 강한 억제를 나타낸다.
• Λ⁺c 바리온의 억제는 중심성에 크게 의존하며, 가장 중심적인 (0–10%) 충돌에서 가장 높은 억제가 관측된다.
• pT > 10 GeV/c에서 PbPb 충돌에서의 Λ⁺c/D⁰ 생성 비율은 pp 충돌과 일치하며, 유의미한 증가가 없다.
• 고pT에서 Λ⁺c/D⁰ 비율의 유의미한 증가가 없으므로, 파르톤 공존이 프롬프트 Λ⁺c 바리온 생성에서 지배적인 역할을 하지 못한다는 것을 의미한다.
• 이 결과는 QGP에서 고pT에서 Λ⁺c 생성에 대해 큰 공존 증가를 예측하는 모델들과 일치하지 않는다.
• 데이터는 쿼크-글루온 플라즈마가 존재하더라도 고pT에서 프롬프트 Λ⁺c 바리온의 핵합성 메커니즘이 분할에 의해 지배된다는 것을 지지한다.