[論文レビュー] Charm quark transport in Pb+Pb reactions at sqrt{s}_NN=2.76 TeV from a (3+1) dimensional hybrid approach

Thomas Lang, Hendrik van Hees+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 8, 2012

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、√sNN = 2.76 TeV の Pb+Pb 衝突における charm 変化の輸送をシミュレートするため、相対論的 Langevin 動力学を組み込んだ (3+1)D ハイブリッド流体-輸送モデルを提示する。イベントごとのフラクチュエーションを組み込み、Tdec = 130 MeV で共鳴に基づく抵抗と拡散係数、およびクォークの凝集を適用することで、ALICE の D メソン v₂ および RAA の両方のデータを非常に良好に再現し、QGP 中での charm 変化の強い熱平衡化を示している。

ABSTRACT

We implement 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, this 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. 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 MeV. A coalescence approach at the decoupling temperature for the hadronization of the charm quarks to D-mesons is also included. We present calculations of the nuclear modification factor R_AA as well as the elliptic flow v_2 in Pb+Pb collisions at sqrt s_NN=2.76 TeV. The comparison to ALICE measurements shows a very good agreement with our calculations.

研究の動機と目的

• イベントごとのフラクチュエーションと 3+1D 流体力学を考慮した、重イオン衝突における charm 変化の輸送をモデル化すること。
• 抵抗および拡散係数を用いて、クォーク-グルーオンプラズマ (QGP) 中での charm 変化の熱平衡度を調査すること。
• √sNN = 2.76 TeV の Pb+Pb 衝突における D メソンの実験的観測量（楕円流 (v₂) および核修正係数 (RAA)）を再現すること。
• 完全に動的な媒体における重いクォークの力学に、共鳴に基づく Langevin アプローチを用いる妥当性を検証すること。
• Tdec = 130 MeV でのクォークの凝集によるハドロン化が、最終状態の D メソンスペクトルおよび流れに与える影響を評価すること。

提案手法

• UrQMD と (3+1)D 理想流体力学のハイブリッドモデルを用いて、UrQMD からのイベントごとの初期条件に基づくバルク媒体の時間発展をシミュレートする。
• Ito 後処理時間ステッピングを用いた相対論的 Langevin 動力学を用いて、charm 変化の軌道をシミュレートし、運動量空間の抵抗および確率的拡散を含む。
• 抵抗および拡散係数は、局所的流体の静止系における弾性重クォーク散乱を共鳴アプローチで導出する。
• charm 変化の初期運動量分布は、PYTHIA の結果へのフィットによりモデル化され、2.76 TeV における pT スペクトルに対して A₁=0.136、A₂=2.055、A₃=2.862 のパラメータを有する。
• ハドロン化はクォークの凝集により実装される：Tdec = 130 MeV で charm 変化が軽いクォーク（質量 369 MeV）と結合して D メソンを形成する。
• 局所的な流体セルの速度および γ 要素を用いて、伝搬中の運動量移動および流れの結合を計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 (3+1)D ハイブリッド流体-輸送モデルに Langevin 動力学を組み込んだ場合、√sNN = 2.76 TeV の Pb+Pb 衝突における D メソン v₂ をどの程度正確に再現できるか？
• RQ2 共鳴アプローチから導出された抵抗および拡散係数は、観測された D メソンの RAA 低下をどの程度正確に再現できるか？
• RQ3 初期状態におけるイベントごとのフラクチュエーションは、平均場モデルと比較して最終の charm 変化観測量にどのような影響を及ぼすか？
• RQ4 Tdec = 130 MeV でのクォークの凝集が、最終の D メソン運動量スペクトルおよび流れに与える影響は何か？
• RQ5 現実的な輸送係数を有する Langevin アプローチは、単一の動的フレームワーク内で v₂ および RAA を同時に再現できるか？

主な発見

• 本モデルは、pT ≈ 3 GeV で最大で約 15% の D メソン楕円流 v₂ を再現し、データと良好な一致を示している。
• 計算された RAA は pT ≈ 2 GeV でピークを示し、高エネルギー域では急激に低下して RAA ≈ 0.2 に達するが、これは D⁰ および D⁺ メソンの ALICE 初期データと一致する。
• v₂ については特に良好な一致が得られており、QGP 中での charm 変化の有効な熱平衡化を示している。
• 本モデルは、高エネルギー域における D メソンの生成断面積の顕著な抑制を予測しており、バルク媒体への強い結合を示唆している。
• イベントごとのフラクチュエーションおよび完全な 3+1D 流体力学を組み込むことで、均一な火炎球モデルに比べてより現実的である。
• 共鳴に基づく抵抗および拡散係数は、運動量空間における平衡化および媒体内での流れの発展を効果的に記述している。