[논문 리뷰] Quarkonia suppression in PbPb collisions at $\sqrt{s_{NN}}$ = 2.76 TeV

Vineet Kumar, P. Shukla외 1명|arXiv (Cornell University)|2014. 10. 13.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 33인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 √sNN = 2.76 TeV에서의 Pb+Pb 충돌에서 쿼크온리의 억제 및 재결합을 설명하기 위해 동역학 모델을 개발한다. 열적 글루온에 의한 쿼크온리 분해해체, 컴오버 상호작용, 샤로윙거, 그리고 쿠르프 쿼크 재결합을 포함한다. 이 모델은 ALICE 및 CMS 데이터에서 관측된 $J/\psi$ 및 $Υ$의 핵소자 수정 인자($R_{AA}$)의 중심성 및 횡방향 운동량 의존성을 성공적으로 재현하며, 저 $p_T$에서는 재결합이 지배적이며, 고 $p_T$에서는 글루온 분해해체가 기대를 초월하여 억제를 이끌고 있음을 드러낸다.

ABSTRACT

We estimate the modification of quarkonia yields due to different processes in the medium produced in Pb+Pb collisions at LHC energy. The quarkonia and heavy flavour cross sections calculated up to next-to-leading order (NLO) are used in the study. Shadowing corrections are obtained with the NLO EPS09 parametrization. A kinetic model is employed which incorporates quarkonia suppression inside a QGP, suppression due to hadronic comovers, and regeneration from charm pairs. The quarkonia dissociation cross section due to gluon collisions has been considered and the regeneration rate has been obtained using the principle of detailed balance. The modification in quarkonia yields due to collisions with hadronic comovers has been estimated assuming that the comovers are pions. The manifestations of these effects on the nuclear modification factors for both $J/ψ$ and $Υ$ in different kinematic regions has been demonstrated for Pb+Pb collisions at $\sqrt{s_{_{NN}}}$ = 2.76 TeV in comparison with the measurements. Both the suppression and regeneration due to a deconfined medium strongly affect the low and intermediate $p_T$ range. The large observed suppression of $J/ψ$ at $p_T~>$ 10 GeV/$c$ exceeds the estimates of suppression by gluon dissociation.

연구 동기 및 목표

• LHC 에너지에서의 Pb+Pb 충돌에서 쿼크온리의 억제와 재결합 간의 상호작용을 이해하기 위해.
• 다양한 $p_T$ 및 중심성 범위에서 관측된 $J/\psi$ 및 $Υ$ 상태의 $R_{AA}$ 행동을 설명하기 위해.
• QGP 유도 분해해체, 컴오버 상호작용, 샤로윙거, 그리고 쿠르프 쿼크 재결합이 쿼크온리 수율에 기여하는 정도를 정량화하기 위해.
• 글루온 분해해체만으로 예측된 것보다 관측된 고 $p_T$ $J/\psi$ 억제와의 괴리 문제를 해결하기 위해.

제안 방법

• CT10 파arton 분포 함수를 사용한 고차원 양자 chromodynamics(NLO pQCD) 계산을 통해 고질량 쿼크 및 쿼크온리 생성을 수행한다.
• 핵소자 영향 보정을 위해 NLO EPS09 매개변수화를 사용한다.
• 열적 글루온에 의한 쿼크온리 분해해체와 쿠르프 쿼크 재결합을 통한 재결합을 포함하는 동역학 모델을 적용하며, 형성 속도에 대해 세밀한 평형 조건을 적용한다.
• 컴오버 유도 억제를 모델링할 때, 히드론 중에서 피오논이 주요 컴오버 입자로 간주한다.
• $R_{AA}$를 $p_T$ 및 중심성($N_{\rm part}$)에 따라 계산하고, ALICE 및 CMS 데이터와 비교한다.
• 보다 정확한 $Υ$(1S) 데이터와의 일치를 위해, 자극 상태인 $Υ$(2S) 및 $Υ$(3S)의 피드다운 기여를 포함한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 글루온 분해해체, 컴오버 상호작용, 재결합이 함께 작용하여 Pb+Pb 충돌에서 $J/\psi$ $R_{AA}$ 의 $p_T$ 및 중심성 의존성을 어떻게 결정짓는가?
• RQ2 왜 CMS 데이터에서 고 $p_T$ $J/\psi$ 억제는 글루온 분해해체만으로 예측된 것보다 크며, 이는 어떤 의미인가?
• RQ3 저 $p_T$에서의 $J/\psi$ 재결합은 ALICE에서 관측된 평탄한 $R_{AA}$ 를 얼마나 잘 설명하는가?
• RQ4 모델은 중간 및 후방 빠르기 영역에서 $Υ$ 상태의 순차적 억제 패턴을 얼마나 잘 재현하는가?
• RQ5 $\u03a5$(2S) 및 $\u03a5$(3S) 상태의 피드다운 기여는 $\u03a5$(1S) 억제에 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 저 $p_T$에서는 재결합이 지배적이며, 이는 대부분의 중심성 범위에서 ALICE 데이터의 평탄한 $R_{AA}$ 를 설명한다.
• 고 $p_T$ $J/\psi$ 억제($p_T > 10$ GeV/$c$)는 글루온 분해해체만으로 예측된 것보다 뚜렷하게 초과하며, 추가 억제 메커니즘이 존재함을 시사한다.
• CMS에서 측정된 $p_T \geq 6.5$ GeV/$c$ 범위에서의 $J/\psi$ $R_{AA}$ 는 $p_T$ 의존성이 없으며, 중심성 증가에 따라 억제가 심화되는 것으로 모델이 성공적으로 재현하였다.
• $\u03a5$(1S)의 경우 모델은 억제를 다소 과소평가하지만 중심성 의존성의 형태는 잘 재현하며, 이는 자극 상태에서의 상당한 피드다운 기여가 있을 것임을 시사한다.
• $\u03a5$(2S) 상태는 강한 억제를 보이며, 열적 쿠르프 쿼크 밀도가 낮아 재결합의 기여가 무시할 만큼 작다.
• 샤로윙거 효과는 미미하며 $R_{AA}$ 에 큰 영향을 주지 않으며, 실험 데이터의 불확도 범위 내에 머물러 있다.