[论文解读] Heavy-flavor dynamics in relativistic p-Pb collisions at $\sqrt{S_{NN}}=5.02$ TeV

Yingru Xu, Shanshan Cao+5 more|arXiv (Cornell University)|Oct 26, 2015

High-Energy Particle Collisions Research被引用 5

一句话总结

本研究利用(3+1)维粘性流体动力学模型与改进的朗之万框架（包含碰撞能量损失和辐射能量损失），研究了在√sNN = 5.02 TeV的p-Pb碰撞中重夸克的动力学行为。结果表明，介质中演化在低pT下增强D介子的R_{pPb}，但在中等pT下导致抑制；并预测D介子的v2显著低于轻强子，表明重夸克与夸克-胶子等离子体（QGP）的耦合不完全，原因在于介质寿命短、尺寸小。

ABSTRACT

We investigate the heavy flavor dynamics in the quark-gluon plasma (QGP) medium created in p-Pb collisions at the CERN Large Hadron Collider (LHC). In the (3+1)-dimensional viscous hydrodynamics model describing QGP medium, the dynamics of heavy quarks are studied in an improved Langevin framework incorporating both collisional and radiative energy loss. The hadronization of the heavy quarks is given by a hybrid model of fragmentation and recombination. We find that the in-medium evolution of charm quarks raises the D-meson $R_{pPb}$ at low transverse momenta while it suppresses the D-meson $R_{pPb}$ at intermediate momenta. In addition, the elliptic flow of D-meson is calculated. For a diffusion coefficient which reproduces central $R_{AA}$ data at the LHC, we find a much smaller D-meson $v_2$ compared to the light hadrons. This observation indicates an incomplete coupling between heavy quarks with the medium, due to the reduced medium size compared to AA collisions.

研究动机与目标

• 理解在√sNN = 5.02 TeV的p-Pb碰撞中形成的夸克-胶子等离子体（QGP）中重夸克的介质内动力学行为。
• 通过研究中心度依赖的D介子核修改因子，区分冷核物质（CNM）效应与热核物质（HNM）效应。
• 通过椭圆流测量评估粲夸克与QGP介质的热化程度及耦合强度。
• 检验单一扩散系数是否能一致描述p-Pb碰撞中的R_{AA}与v2。

提出的方法

• 采用η/s = 0.08的(3+1)维粘性流体动力学模型（vHLLE）描述QGP介质的演化。
• 改进的朗之万方法通过阻力、随机力和辐射反冲建模重夸克能量损失，仅以空间扩散系数D作为自由参数。
• 初始态部分子分布使用pQCD结合CTEQ与EPS09参数化计算，包含核阴影效应。
• 重夸克强子化通过混合分裂与重组方法建模，低至中等pT下以重组为主。
• 采用Cooper-Frye公式进行QGP的粒子化，可观测量在pT与|η|截断条件下计算。
• 扩散系数D通过拟合√sNN = 2.76 TeV的中心Pb-Pb R_{AA}数据确定，R_{pPb}使用D(2πT) = 5.0，v2比较使用D(2πT) = 0.5。

实验结果

研究问题

• RQ1 介质内演化如何影响在5.02 TeV的p-Pb碰撞中D介子的核修改因子R_{pPb}？
• RQ2 CNM与HNM效应在不同中心度类别下对观测到的D介子R_{pPb}贡献程度如何？
• RQ3 为何在p-Pb碰撞中D介子的椭圆流v2显著小于轻强子？
• RQ4 单一扩散系数是否能一致描述p-Pb碰撞中的R_{AA}与v2？
• RQ5 R_{pPb}与v2预测之间的差异对粲夸克与QGP介质耦合强度意味着什么？

主要发现

• 包含介质内演化后，与仅考虑初始态核阴影效应相比，D介子在低横动量（pT < 5 GeV）下的R_{pPb}有所增强。
• 在中等pT（5–10 GeV）区间，介质内演化导致D介子产生进一步抑制，超出初始态效应的影响。
• R_{pPb}的中心度依赖性显示从中等外围到中心碰撞抑制程度逐渐增强，为区分CNM与HNM贡献提供了依据。
• 对于拟合Pb-Pb R_{AA}的扩散系数D(2πT) = 5.0，D介子的v2显著低于轻强子，表明其与介质耦合不完全。
• 使用更小的扩散系数D(2πT) = 0.5可更好描述Pb-Pb中的D介子v2，但与格点QCD约束不一致，凸显了模型中的矛盾。
• D介子的v2与粲夸克相近，表明重组在塑造最终D介子v2中的作用较小。