[論文レビュー] Charmed hadron production at low transverse momentum in Au+Au collisions at RHIC

B. I. Abelev|arXiv (Cornell University)|May 4, 2008

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、RHICにおける中間ラピディティー領域のAu+Au衝突において、$D^0 \to K\pi$およびミュオンと電子への半レプトン崩壊を用いて charm はドンの生成を測定した。データは、charm クォークが衝突の初期に生成され、二重衝突数とスケーリングすることを示しており、初期ダイナミクスのキャリブレーションされたプローブとして機能し、軽いハドロンよりも早く相互作用を絶つことが示唆される。

ABSTRACT

We report measurements of charmed hadron production from hadronic ($D^{0} ightarrow Kπ$) and semileptonic ($μ$ and $e$) decays in 200 GeV Au+Au collisions at RHIC. Analysis of the spectra indicates that charmed hadrons have a different radial flow pattern from light or multi-strange hadrons. Charm cross sections at mid-rapidity are extracted by combining the three independent measurements, covering the transverse momentum range that contributes to $\sim$90% of the integrated cross section. The cross sections scale with number of binary collisions of the initial nucleons, a signature of charm production exclusively at the initial impact of colliding heavy ions. The implications for charm quark interaction and thermalization in the strongly interacting matter are discussed.

研究の動機と目的

• RHICにおける$\sqrt{s_{NN}} = 200$ GeVのAu+Au衝突における中間ラピディティー領域のcharm はドン生成を測定すること。
• heavy-ion衝突で形成される高温の媒体と、charm クォークが顕著に相互作用するかどうかを特定すること。
• 二重衝突数（$N_{\text{bin}}$）とのスケーリングを評価し、生成メカニズムを推測すること。
• 中間ラピディティー領域における、陽子-陽子衝突ごとの全charm クォーク対生成断面積を抽出すること。
• 実験的スペクトルを流体力学的および凝集モデルと比較し、凍結・流れのダイナミクスを理解すること。

提案手法

• STAR検出器で$D^0 \to K\pi$崩壊および半レプトン崩壊（ミュオンおよび電子）を再構成した。
• $p_T$スペクトルへのブレストウェーブモデルフィットを用いて、凍結温度（$T_{\text{fo}}$）および横方向流れ（$\langle\beta_t\rangle$）を抽出した。
• 最小バイアスおよび中央部Au+Au衝突データに加え、d+Auデータを組み合わせて、中間ラピディティー領域のcharm断面積を抽出した。
• $N_{\text{bin}}$スケーリングを適用し、charm生成がハード散乱過程に従うかどうかをテストした。
• パワーローおよびブレストウェーブモデルを用いてスペクトルをフィットし、統合結果を用いて全断面積を推定した。
• FONLL計算およびモデル予測（凝集、衝突による解体、流体力学）と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Au+Au衝突におけるcharm クォーク生成は、二重陽子-陽子衝突数にスケーリングするか？
• RQ2 charm はドンの凍結パラメータ（$T_{\text{fo}}$, $\langle\beta_t\rangle$）は、軽いハドロンと比較してどう異なるか？
• RQ3 charm はドンが脱離する前に、媒体とどの程度相互作用するか？
• RQ4 観測された楕円流は、部分的段階での生成とハドロン的散乱と整合的か？
• RQ5 測定された中間ラピディティー領域のcharm断面積は、FONLLのような理論予測と比較してどうか？

主な発見

• 中間ラピディティー領域における、陽子-陽子衝突ごとのcharm クォーク対生成断面積、$d\sigma_{c\bar{c}}^{NN}/dy$は、$N_{\text{bin}}$に線形にスケーリングし、勾配は$290 \pm 15$ $\mu$bであった。これは、ハード散乱過程による初期生成を確認するものである。
• 中央部Au+Au衝突における全断面積は$1.40 \pm 0.11 \pm 0.39$ mb、最小バイアス衝突では$1.29 \pm 0.12 \pm 0.36$ mbであった。PYTHIAのラピディティー分布を用いて外挿した。
• 測定された$d\sigma_{c\bar{c}}^{NN}/dy$は、FONLL予測のおよそ4.3倍高く、理論的不確実性の上限ではデータと一致する可能性がある。
• ブレストウェーブフィットでは、凍結温度にほとんど感度を示さず、大きな径方向流れを否定する傾向があり、これはcharm はドンが早期に脱離することを示唆している。
• 観測された大きなcharm 楕円流は、流体力学的予測と整合的であり、流れが部分的段階で形成されたことを示している。
• データは、charm クォークが媒体と弱く相互作用し、顕著な径方向流れが発達する前に脱離していることを示唆しており、軽いハドロンとは異なっている。