[论文解读] $J/ψ$ and $D^0$ production in $\sqrt{s_{ m NN}}$ = 68.5 GeV PbNe collisions

LHCb collaboration, Aaij, R.+1034 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

High-Energy Particle Collisions Research被引用 1

一句话总结

本论文利用LHCb实验首次测量了在√sNN = 68.5 GeV能量下固定靶PbNe碰撞中J/ψ与D⁰的产生。在快度、横动量和中心度范围内，未观测到pNe与PbNe碰撞之间J/ψ抑制的显著差异，表明在此能量下，中心PbNe碰撞中胶子-夸克物质的介质效应尚未占主导地位。

ABSTRACT

The first measurement of $J/ψ$ and $D^0$ production in PbNe collisions by the LHCb experiment in its fixed-target configuration is reported. The production of $J/ψ$ and $D^0$ mesons is studied with a beam of lead ions with an energy of 2.5 TeV per nucleon colliding on gaseous neon targets at rest, corresponding to a nucleon-nucleon centre-of-mass energy of $\sqrt{s_{ m NN}}$ = 68.5 GeV. The $J/ψ/D^0$ production cross-section ratio is studied as a function of rapidity, transverse momentum and collision centrality. These data are compared with measurements from $p$Ne collisions at the same energy and show no difference in the observed $J/ψ$ suppresion trend when comparing $p$Ne and PbNe peripheral collisions with PbNe central collisions.

研究动机与目标

• 利用LHCb固定靶装置测量√sNN = 68.5 GeV下PbNe碰撞中J/ψ与D⁰的产生。
• 研究在中心PbNe碰撞中J/ψ介子的产生是否相比pNe碰撞受到抑制。
• 将D⁰产生用作参考通道，假设其不受介质影响，以分离夸克-胶子物质对粲偶素的影响。
• 通过核碰撞中重夸克的产生，探索强子物质与夸克-胶子物质之间的转变。
• 为未来在较低能量下研究QGP形成提供基准数据。

提出的方法

• LHCb在固定靶模式下运行，2.5 TeV/核子的Pb离子与静止的气态氖靶发生碰撞。
• 通过μ⁺μ⁻和K∓π±衰变道分别重建J/ψ和D⁰介子。
• 采用两级触发系统：硬件触发要求至少一个μ子或电磁量能沉积，软件触发要求两个良好重建的μ子或pT > 500 MeV/c的轨迹。
• 离线选择要求至少四个轨迹的原发顶点、D⁰的位移顶点，以及pT < 8 GeV/c和2.0 < y < 4.29的运动学要求。
• 利用Pythia 8、EvtGen和Epos生成的模拟PbNe事件，嵌入最小作用截面事件中，确定了运动学接受度和重建效率。
• 通过重建原发顶点数和轨迹多重度估算中心度，并通过抑制后向活动来抑制残余的PbPb背景。

实验结果

研究问题

• RQ1 在√sNN = 68.5 GeV下，与外围PbNe或pNe碰撞相比，中心PbNe碰撞中J/ψ产生是否受到抑制？
• RQ2 在PbNe碰撞中，J/ψ/D⁰产生截面比是否在快度、横动量或碰撞中心度上显著变化？
• RQ3 在此能量下，PbNe碰撞中J/ψ产生的可观测介质效应是否通过与pNe参考数据的偏离而体现？
• RQ4 D⁰产生是否可作为该能量区域粲偶素产率变化的可靠参考？
• RQ5 PbNe碰撞中J/ψ抑制趋势与QGP形成及格点QCD预测的预期相比如何？

主要发现

• 在所有快度、横动量和中心度区间内，PbNe碰撞中J/ψ/D⁰产生截面比与pNe碰撞相比未表现出显著抑制。
• 在周边PbNe与pNe碰撞之间未发现J/ψ抑制趋势的可观测差异，表明在此能量下介质效应不显著。
• 测量得到的J/ψ/D⁰比值与无末态相互作用的pQCD计算结果一致。
• 数据与在√sNN = 68.5 GeV下中心PbNe碰撞中显著的粲偶素抑制不存在一致。
• 结果表明，夸克-胶子物质可能尚未完全形成，或尚未显著影响J/ψ产率。
• 本研究为未来在LHC固定靶模式下进行核-核碰撞中J/ψ与D⁰产生的测量建立了基线。