[论文解读] Double, Triple and Hidden Charm Production in the Statistical Coalescence Model

A. Kostyuk|ArXiv.org|Feb 1, 2005

Neural Networks and Applications被引用 3

一句话总结

本文为重离子碰撞中双粲、三粲及隐粲强子的产生构建了一个统计聚并模型，将底夸克-反夸克对视为早期产生，并通过统计力学分配给末态强子。关键贡献在于基于泊松分布的粲对涨落推导出粲强子产生公式的解析表达式——该公式在平均粲对产生数较小时有效，显示出与经典方法的显著差异，尤其在隐粲态中更为明显。

ABSTRACT

The production of particles with double, triple and hidden charm in heavy ion collisions is studied in the framework of the statistical coalescence model. According to the postulates of the model, the charm quark-antiquark pairs are created at the initial stage of a heavy ion reaction in hard parton collisions. The amount of charm is assumed to be unchanged at later stages. The charm (anti)quarks are distributed among different hadron species at hadronization according to the laws of statistical physics. Several approaches to the statistical treatment of charm hadronization are considered. The grand canonical approach is appropriate for systems containing large number of charm (anti)quarks. The exact charm conservation and Poissonian fluctuations of the number of charm quark-antiquark pairs should be taken into account, if the average number of these pairs is of oder of unity or smaller. The charm hadronization in a subsystem of a larger system is discussed. It is explained why the canonical approach is not appropriate for the description of charm hadronization. The obtained formulas can be used to calculate the production of charm in heavy ion collisions in a wide energy range.

研究动机与目标

• 将统计聚并模型（SCM）扩展至描述重离子碰撞中双粲、三粲及隐粲强子的产生。
• 解决在粲夸克-反夸克对数目较少的体系中，粲强子化过程的挑战，此时平衡假设不再成立。
• 澄清在平均粲对产生数较少的背景下，全系综、经典系综与泊松系综统计处理在粲强子化中的有效性。
• 为计算子系统（如实验探测器所探测的区域）中的粲强子产额提供框架，而无需依赖整个系统的热力学性质。
• 在从 SPS 到 LHC 的宽广能量范围内，实现对多粲强子产额的定量预测，包括稀有态。

提出的方法

• 应用统计聚并模型（SCM），假设粲夸克在初始高能部分子碰撞中产生，且后续不再发生再组合。
• 对粲对数目较大的体系（$\langle N_{c\bar{c}} \rangle \gg 1$）采用全系综，推导出强子产额的解析表达式。
• 针对 $\langle N_{c\bar{c}} \rangle \lesssim 1$ 的情况，引入基于独立核子-核子碰撞的泊松分布涨落模型，描述 $c\bar{c}$ 对数目的涨落。
• 在泊松统计下，利用配分函数与统计权重，推导出隐粲强子、双粲强子与三粲强子的产额公式。
• 考虑在大体系中的子系统中发生粲强子化的情况，表明仅需局部热力学参数与子系统中 $c\bar{c}$ 对的数目即可。
• 证明经典方法在粲强子化中不成立，因其假设 $c\bar{c}$ 对在冻结温度下达到热平衡，与 SCM 的初始产生假设相矛盾。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何将统计聚并模型扩展至描述重离子碰撞中双粲与三粲强子的产生？
• RQ2 当平均 $c\bar{c}$ 对数目较小时，全系综、经典系综或泊松系综中，哪一种统计系综最适用于粲强子化？
• RQ3 在中间区域 $\langle N_{c\bar{c}} \rangle \sim 1$，泊松系综与经典系综在隐粲强子产生预测上存在多大差异？
• RQ4 统计聚并模型是否可应用于大体系中子系统的粲强子化，而无需掌握整个体系的完整热力学信息？
• RQ5 在 LHC 能量下，多粲强子产额的定量预测是什么？其结果如何依赖于所选的统计处理方式？

主要发现

• 当 $\langle N_{c\bar{c}} \rangle \gg 1$ 时，全系综方法有效，可在多粲强子数目较小时提供强子产额的解析解。
• 当 $\langle N_{c\bar{c}} \rangle \lesssim 1$ 时，经典方法无效，因其假设 $c\bar{c}$ 对在冻结温度下达到热平衡，与 SCM 的初始产生假设相矛盾。
• 泊松涨落模型能正确描述小体系中 $c\bar{c}$ 对的数目，因为其源于独立的核子-核子碰撞。
• 泊松系综与全系综在双粲与三粲强子产额上结果一致，但在中间区域 $\langle N_{c\bar{c}} \rangle \sim 1$，隐粲强子产额差异可达 10%。
• 在子系统中，双粲与三粲强子的数目仅取决于该子系统中 $c\bar{c}$ 对的数目及其局部热力学参数。
• 对于隐粲强子，即使仅知道局部热力学参数，计算子系统中产额仍需整个体系中 $c\bar{c}$ 对的总数。