[论文解读] How To Find Charm in Nuclear Collisions at RHIC and LHC

Sean Gavin, P. L. McGaughey+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 19, 1996

High-Energy Particle Collisions Research被引用 32

一句话总结

本文计算了在RHIC和LHC能量下，重离子碰撞中底夸克对衰变和Drell-Yan过程的下一阶微扰QCD贡献对双轻子产生影响。结果表明，在质量大于2 GeV时，底夸克产生对热双轻子背景的贡献超过一个数量级，因此需要采用快度间隙切片和同号轻子减法来分离热信号，并从核靶中提取胶子遮蔽信息。

ABSTRACT

Measurements of dilepton production from charm decay and Drell-Yan processes respectively probe the gluon and sea quark distributions in hadronic collisions. In nucleus-nucleus collisions, these hard scattering processes constitute a `background' to thermal contributions from the hot matter produced by the collision. To determine the magnitude and behavior of this background, we calculate the hard scattering contribution to dilepton production in nuclear collisions at RHIC and LHC at next to leading order in perturbative QCD. Invariant mass, rapidity and transverse momentum distributions are presented. We compare these results to optimistic hydrodynamic estimates of the thermal dilepton production. We find that charm production from hard scattering is by far the dominant contribution. Experiments therefore can measure the gluon distribution in the nuclear target and projectile and, consequently, can provide new information on gluon shadowing. We then illustrate how experimental cuts on the rapidity gap between the leptons can aid in reducing the charm background, thereby enhancing thermal information.

研究动机与目标

• 量化在RHIC和LHC中重离子碰撞下，底夸克对衰变和Drell-Yan过程对硬散射背景的贡献。
• 评估在主导的底夸克和Drell-Yan背景背景下，分离热双轻子信号的可行性。
• 评估核遮蔽对重离子碰撞中初始底夸克和Drell-Yan产生率的影响。
• 提出实验策略——特别是快度间隙切片和同号轻子减法——以抑制底夸克背景并增强热信号的探测。
• 通过双轻子测量实现从核中提取低x胶子分布，为理解胶子遮蔽提供新见解。

提出的方法

• 对$pp$、Au+Au和Pb+Pb碰撞在$ oot s o = 200$ GeV和5.5 TeV下进行下一阶微扰QCD计算，研究双轻子产生。
• 采用两种核子部分子分布函数（nPDF）参数化：一种基于$F_2$结构函数比值，另一种采用$Q^2$-依赖演化和胶子重组。
• 通过修改函数$R_V(x, u)$、$R_S(x, u)$和$R_G(x, u)$分别对海夸克、海夸克和胶子分布实施核遮蔽。
• 计算$Q\overline{Q}$、Drell-Yan和$B\overline{B}$衰变对双轻子连续谱的不变质量、横动量和快度分布。
• 将NLO结果与热双轻子产率的乐观流体动力学估计进行比较，以评估背景主导程度。
• 评估快度间隙切片和同号轻子减法在抑制非关联底夸克双轻子对的同时保留热信号的有效性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在RHIC和LHC的中心Au+Au和Pb+Pb碰撞中，底夸克对衰变对双轻子产生的贡献有多大？
• RQ2 核遮蔽在多大程度上改变了重离子碰撞中初始底夸克和Drell-Yan对的产生率？
• RQ3 快度间隙选择能否有效抑制主导的底夸克背景，同时保留热双轻子信号？
• RQ4 非关联底夸克双轻子对对原始双轻子连续谱的定量影响是什么？能否通过同号轻子减法去除？
• RQ5 在RHIC和LHC中，双轻子测量能否用于提取核中低x胶子分布和胶子遮蔽信息？

主要发现

• 在RHIC和LHC中，质量大于2 GeV时，底夸克对衰变在$Υ$质量以下主导双轻子连续谱，其贡献比乐观的热双轻子产率高出一个数量级以上。
• 在RHIC的中心Au+Au碰撞中，每事件最多产生67个非关联底夸克双轻子对；在LHC的Pb+Pb碰撞中，此类对超过3000对贡献于原始连续谱。
• Drell-Yan贡献因核遮蔽而显著降低，尤其在低$M$和低$p_T$区域，但其贡献仍低于底夸克产生。
• 快度间隙切片——基于底夸克衰变对通常具有大快度间隙的观察——能有效抑制关联的底夸克背景，增强热双轻子信号的可见性。
• PHENIX在RHIC和ALICE在LHC等探测器的有限接受度自然起到了快度间隙滤波器的作用，进一步提高了热底夸克衰变的信背比。
• 尽管存在不确定性，NLO方法消除了对任意K因子的依赖，并提供了明确的理论不确定性，使其适用于从双轻子数据中提取核部分子分布。