[论文解读] Estimating the Charm Quark Diffusion Coefficient and thermalization time from D meson spectra at RHIC and LHC

Francesco Scardina, Santosh K. Das+3 more|arXiv (Cornell University)|Jul 18, 2017

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 2被引用 15

一句话总结

本文提出一种基于准粒子模型（QPM）的玻尔兹曼输运方法，利用RHIC和LHC的D介子谱估算夸克-胶子等离子体（QGP）中底夸克的扩散系数和热化时间。结果表明，Tc附近的非微扰相互作用，结合混合的碎片化-聚结强子化模型，能够同时成功再现RAA和v2数据，得到热化时间为4–6 fm/c，且与格点QCD结果在2πTDs上具有良好一致性。

ABSTRACT

We describe the propagation of charm quarks in the quark-gluon plasma (QGP) by means of a Boltzmann transport approach. Non-perturbative interaction between heavy quarks and light quarks have been taken into account through a quasi-particle approach in which light partons are dressed with thermal masses tuned to lQCD thermodynamics. Such a model is able to describe the main feature of the non-perturbative dynamics: the enhancement of the interaction strength near $T_c$. We show that the resulting charm in-medium evolution is able to correctly predict simultaneously the nuclear suppression factor, $R_{AA}$, and the elliptic flow, $v_2$, at both RHIC and LHC energies and at different centralities. The hadronization of charm quarks is described by mean of an hybrid model of fragmentation plus coalescence and plays a key role toward the agreeement with experimental data. We also performed calculations within the Langevin approach which can lead to very similar $R_{AA}(p_T)$ as Boltzmann, but the charm drag coefficient as to be reduced by about a $30\%$ and also generates an elliptic flow $v_2(p_T)$ is about a $15\%$ smaller. We finally compare the space diffusion coefficient $2πTD_s$ extracted by our phenomenological approach to lattice QCD results, finding a satisfying agreement within the present systematic uncertainties. Our analysis implies a charm thermalization time, in the $p ightarrow 0$ limit, of about $4-6 \, fm/c$ which is smaller than the QGP lifetime at LHC energy.

研究动机与目标

• 通过输运模型同时描述RHIC和LHC下D介子的核抑制因子RAA与椭圆流v2。
• 使用现象学方法估算QGP中底夸克的扩散系数Ds与热化时间。
• 比较玻尔兹曼输运方法与朗之万方法在再现实验可观测量方面的表现。
• 将提取的输运系数与格点QCD结果进行验证。
• 评估强子化机制（尤其是聚结）在再现实验数据中的作用。

提出的方法

• 采用玻尔兹曼输运方法模拟底夸克在QGP中的传播。
• 使用温度依赖热质量的准粒子模型（QPM），其参数经调整以匹配格点QCD的热力学性质，描述非微扰相互作用。
• 实施一种混合强子化模型，结合碎片化与聚结，其中低动量区域以聚结为主导。
• 与朗之万方法进行比较，调整阻尼系数以匹配RAA。
• 提取空间扩散系数2πTDs，并在p→0极限下估计热化时间。
• 在系统误差范围内，将扩散系数与格点QCD数据进行验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于QPM的玻尔兹曼输运方法能否成功再现RHIC和LHC下D介子的RAA与v2？
• RQ2 估算的底夸克热化时间是多少？其与QGP寿命相比如何？
• RQ3 混合碎片化-聚结强子化模型对RAA与v2实验数据再现效果有何影响？
• RQ4 玻尔兹曼方法与朗之万方法在定量结果上如何比较？
• RQ5 提取的扩散系数2πTDs在多大程度上与格点QCD计算结果一致？

主要发现

• 结合QPM与混合强子化模型的玻尔兹曼输运方法，在不同中心度下均成功再现了RHIC和LHC下D介子的RAA与v2。
• 底夸克热化时间估算为4–6 fm/c，表明在LHC能量下，强子化前已实现近乎完全的动量热化。
• 混合强子化模型，特别是低动量区域的聚结过程，对提升RAA与v2以匹配实验数据至关重要。
• 与朗之万方法相比，玻尔兹曼方法在相同RAA条件下产生的v2高出约15%，表明其与实验数据的符合度更优。
• 提取的空间扩散系数2πTDs随温度线性增加，且在当前不确定度范围内与格点QCD结果具有良好一致性。
• 强子介质中的再散射过程额外贡献10–20%的v2，表明通过进一步优化可进一步提升与实验数据的一致性。