[论文解读] Dileptons from correlated D- and $\bar{ ext{D}}$-meson decays in the invariant mass range of the QGP thermal radiation using the UrQMD hybrid model

Thomas Lang, Hendrik van Hees+2 more|arXiv (Cornell University)|May 31, 2013

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 1被引用 4

一句话总结

本研究使用包含相对论性朗之万输运的UrQMD混合模型，计算了重离子碰撞中关联D-和D̄-介子衰变产生的二轻子产额。结果表明，在1–3 GeV不变质量范围内，实测的二轻子产额超过仅由D-介子衰变预测的值，表明夸克-胶子等离子体（QGP）的热辐射有显著贡献，提示该质量窗口可能存在QGP信号。

ABSTRACT

Relativistic heavy-ion collisions produce a hot and dense thermalized medium, that is expected to emit thermal radiation in form of dileptons. These dileptons are not affected by the strong force and are therefore a clean probe for the possible creation of a Quark Gluon Plasma (QGP). However, electroweak decays of open-charm mesons are expected to induce a substantial background in the invariant mass region between the $ϕ$ and $J/Ψ$ peak ($1\, ext{GeV} \lesssim M_{\ell^+ \ell^-} \lesssim 3 \, ext{GeV}$) of the thermal QGP radiation. To evaluate this background radiation we apply 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, the UrQMD hybrid 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 before. 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 $130\, ext{MeV}$. For the hadronization of the charm quarks we employ a coalescence approach at the decoupling temperature from the medium. In this letter we present our calculations of the D-meson correlations and the invariant mass spectra of the dilepton decays in heavy-ion collisions at FAIR, RHIC, and LHC energies using different interaction scenarios.

研究动机与目标

• 量化1–3 GeV不变质量范围内关联D-和D̄-介子衰变产生的二轻子背景，该区域是探测QGP热辐射的关键区域。
• 评估胶子与介质相互作用对二轻子谱和角关联的影响。
• 确定该质量窗口内观测到的二轻子产额是否超过仅由D-介子衰变贡献的值，可能表明存在QGP热辐射。
• 通过RHIC和LHC的PHENIX实验数据验证模型，特别是非光子电子和D-介子可观测量。

提出的方法

• UrQMD混合模型将(3+1)维理想流体动力学与输运动力学相结合，模拟重离子碰撞中演化形成的高温高密介质。
• 采用相对论性朗之万方法模拟底夸克输运，引入基于共振态散射方法获得的阻力和扩散系数。
• 在温度降至130 MeV时，底夸克从介质中解耦，并通过聚结机制形成D-和D̄-介子。
• 二轻子谱由关联D-和D̄-介子的衰变计算得出，包含三种情景：无相互作用、物理相互作用系数和极端热化。
• 模型包含事件级涨落和完整的3+1D流体动力学演化，相比均匀火球模型更具真实性。
• 结果与PHENIX实验中二轻子不变质量谱和角关联数据进行比较，归一化至PYTHIA pp参考数据。

实验结果

研究问题

• RQ1 观测到的1–3 GeV不变质量范围内二轻子产额是否超过仅由关联D-和D̄-介子衰变贡献的值？
• RQ2 底夸克与介质的相互作用（通过阻力和扩散）如何影响二轻子的角关联和不变质量谱？
• RQ3 预测的D-介子衰变二轻子与实验数据之间的差异是否可归因于夸克-胶子等离子体的热辐射？
• RQ4 不同相互作用情景（无相互作用、物理情景、极端热化）在多大程度上改变预测的二轻子谱和关联特性？

主要发现

• 在不考虑底夸克-介质相互作用的计算中，1–3 GeV范围内的实测二轻子产额得到良好重现，表明在无介质效应时，仅由D-介子衰变即可解释该数据。
• 当引入真实的阻力和扩散系数后，预测的二轻子产额显著低于实验数据。
• 在1–3 GeV不变质量窗口内，物理情景与实验数据的差异增大，提示QGP热辐射可能存在贡献。
• 极端热化导致高不变质量二轻子被强烈抑制，且与实验数据偏差显著，凸显谱对相互作用强度的敏感性。
• 随着阻力和扩散增强，角关联函数趋于平坦，与早期发现一致；但极端热化因径向流和椭圆流增强小角关联。
• 该模型表明，对D-介子角关联的直接测量可能有助于区分QGP背景与D衰变贡献。