[論文レビュー] Charmonium Production at High $p_t$ at RHIC

Xingbo Zhao, Ralf Rapp|ArXiv.org|Jun 6, 2008

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 2被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、RHICにおけるAu-AuおよびCu-Cu衝突における$J/\psi$の横運動量スペクトルと楕円流を予測する二成分モデルを拡張し、高$ p_t $データとの整合性を向上させる。有限形成時間効果と$B$-メソンのフィードダウンを組み込むことで、高$ p_t $データとの一致が著しく向上するが、予測される$ v_2 $は小さく（約2-3%）に留まり、生成メカニズムの実験的抽出には課題が残る。

ABSTRACT

We calculate transverse-momentum ($p_t$) spectra and elliptic flow of $J/ψ$'s in $Au$-$Au$ and $Cu$-$Cu$ collisions at RHIC. We employ an earlier constructed 2-component approach for direct and regenerated charmonia which is fairly consistent with the centrality dependence of inclusive $J/ψ$ yields at SPS and RHIC. Discrepancies with high-$p_t$ data in $Cu$-$Cu$ collisions are addressed by implementing effects of a finite formation time and an estimate of $B$ meson feeddown, which largely resolve the problem. The sensitivity of the spectra to the Cronin effect and different in-medium dissociation rates is studied. The predicted elliptic flow in semicentral $Au$-$Au$ collisions is rather small, $\sim$2-3%.

研究の動機と目的

• RHICにおけるCu-Cu衝突における理論的予測と高$ p_t $ $J/\psi$データとの不一致を解消すること。
• 有限形成時間効果と$B$-メソンのフィードダウンが、高横運動量における$J/\psi$の抑制に与える影響を評価すること。
• 中間媒質における崩壊メカニズムとCronin効果の影響を、$ p_t $スペクトルと楕円流（$ v_2 $）に与える感度を評価すること。
• $ v_2 $が$J/\psi$再生と直接生成メカニズムのプローブとして有効かどうかを検証すること。

提案手法

• 二成分モデルにより$J/\psi$生成を直接生成成分と再生成分に分解し、直接生成はボルツマン輸送と初期状態の$ p_t $拡張（Cronin効果）でモデル化する。
• 再生は詳細つり合いと運動量に依存しない熱的レート方程式を用い、完全に熱平衡に達していないcharmクォークの状態を反映するための緩和時間因子を導入する。
• 楕円流$ v_2(p_t) $は、直接成分と再生成分の$ v_2 $の重み付き和として計算し、抑制と凝集モデルの入力を用いる。
• 有限形成時間効果は、事前ハドロン化$ c\bar{c} $対の崩壊率を低下させることでモデル化し、$ \tau \leq \tau_f^{\text{lab}} $ の場合に$ \Gamma_{c\bar{c}} \propto \tau / \tau_f^{\text{lab}} $ と表す。
• $B$-メソンのフィードダウンは、テバトロンのデータを用いて推定し、±50%の不確実性を考慮し、直接成分の一部を置き換えることで高$ p_t $での整合性を向上させる。
• 真空中結合エネルギーを用いたグルーオ崩壊と自由粒子的崩壊を比較し、運動量依存性の違いを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 有限形成時間効果は、Cu-Cu衝突における高$ p_t $での$J/\psi$抑制にどのように影響を与えるか？
• RQ2 $B$-メソンのフィードダウンは、高$ p_t $での観測される$J/\psi$生成断面積にどの程度寄与するか？
• RQ3 なぜ半中央的Au-Au衝突における$J/\psi$の予測される楕円流$ v_2 $が小さく（約2-3%）に留まるのか？
• RQ4 $ p_t $スペクトルは、自由粒子的崩壊とグルーオ崩壊といった中間媒質崩壊メカニズムの選択にどの程度敏感か？
• RQ5 $ d $-$Au $衝突における$ R_{dA}(p_t) $データから、初期状態の$ p_t $拡張パラメータ$ a_{gN} $を制約できるか？

主な発見

• 有限形成時間効果を組み込むことで、高$ p_t $での抑制が軽減され、特に$ p_t > 5$ GeV/$c$ の領域でCu-Cuデータとの整合性が向上する。
• $B$-メソンのフィードダウンを±50%の不確実性を伴って組み込むことで、高$ p_t $での直接成分が著しく増加し、理論的$ R_{AA}(p_t) $がPHENIXおよびSTARのデータと良好に一致するようになる。
• Au-Au衝突における$J/\psi$の予測される$ v_2(p_t) $は、$ p_t $スペクトル全体で2%から3%の範囲に留まり、高$ p_t $における再生成分の寄与が小さいことが主な要因である。
• 形成時間や$B$-フィードダウンを含まないモデルのベースライン予測は、高$ p_t $で抑制を過剰に予測しており、データとの整合性を保つにはこれらの効果が不可欠であることが示された。
• 自由粒子的崩壊の代わりにグルーオ崩壊を用いると、$ p_t $スペクトルがやや硬くなるが、QGP中で真空中結合エネルギーを用いることは物理的に現実的ではない可能性がある。
• PHENIXが得た$ R_{dA}(p_t) $データは、初期状態の$ p_t $拡張パラメータ$ a_{gN} $を制約でき、$ a_{gN} = 0.4 $ GeV$^2$/fm が高$ p_t $領域でより良好な一致を示す。