[论文解读] Measurement of beauty production via non-prompt ${ m D}^{0}$ mesons in Pb-Pb collisions at $\sqrt{s_{ m NN}}$ = 5.02 TeV

ALICE Collaboration|Publication Server of Goethe University Frankfurt am Main (Goethe University Frankfurt)|Feb 1, 2022

High-Energy Particle Collisions Research被引用 4

一句话总结

本研究利用LHC上的ALICE实验，在√sNN = 5.02 TeV的Pb–Pb碰撞中测量了通过底夸克强子衰变产生的非瞬发D⁰介子。研究报告了在中心碰撞中底夸克产生显著抑制（最高达约三倍），且在pT > 4 GeV/c时，非瞬发与瞬发D⁰介子的RAA比值超过1，与理论模型预测一致，即由于死锥效应，较重的底夸克能量损失减少。

ABSTRACT

The production of non-prompt ${ m D}^{0}$ mesons from beauty-hadron decays was measured at midrapidity ($\left| y ight| < 0.5$) in Pb-Pb collisions at a nucleon-nucleon center-of-mass energy of $\sqrt{s_{ m NN}}=5.02~\mathrm{TeV}$ with the ALICE experiment at the LHC. Their nuclear modification factor ($R_{ m AA}$), measured for the first time down to $p_{ m T}=1~\mathrm{GeV}/c$ in the $0-10$% and $30-50$% centrality classes, indicates a significant suppression, up to a factor of about three, for $p_{ m T} > 5~\mathrm{GeV}/c$ in the $0-10$% central Pb-Pb collisions. The data are described by models that include both collisional and radiative processes in the calculation of beauty-quark energy loss in the quark-gluon plasma, and quark recombination in addition to fragmentation as a hadronisation mechanism. The ratio of the non-prompt to prompt ${ m D}^{0}$-meson $R_{ m AA}$ is larger than unity for $p_{ m T} > 4~\mathrm{GeV}/c$ in the $0-10$% central Pb-Pb collisions, as predicted by models in which beauty quarks lose less energy than charm quarks in the quark-gluon plasma because of their larger mass.

研究动机与目标

• 测量在√sNN = 5.02 TeV的Pb–Pb碰撞中，通过底强子衰变产生的非瞬发D⁰介子的产生。
• 在0–10%和30–50%的碰撞中心度区间内，测定非瞬发D⁰介子的核子修改因子（RAA），直至pT = 1 GeV/c。
• 通过比较非瞬发与瞬发D⁰介子的RAA，探究底夸克在夸克-胶子等离子体（QGP）中的能量损失。
• 将包含碰撞和辐射能量损失以及强子化过程中夸克重组的理论模型与实验数据进行对比。

提出的方法

• 利用LHC上的ALICE探测器，通过K⁻π⁺π⁻衰变道重建非瞬发D⁰介子。
• 测量在中 rapidity（|y| < 0.5）区域的Pb–Pb碰撞中，pT微分的产额，能量为√sNN = 5.02 TeV。
• 通过D⁰介子在Pb–Pb与pp碰撞中的产额比值，并按平均核重叠函数⟨TAA⟩进行归一化，计算核子修改因子RAA。
• 使用同时包含碰撞和辐射能量损失机制的模型，对QGP中底夸克的能量损失进行描述，并采用夸克重组作为强子化机制。
• 通过比较非瞬发D⁰介子与瞬发D⁰介子的RAA，探究质量依赖的能量损失效应。
• 在模型比较中考虑了冷核物质效应和强子化机制的影响。

Figure 1: Invariant-mass distributions for $\rm D^{0}$ candidates in selected $p_{\rm T}$ intervals for the centrality class 0–10% and 30–50%. Fitted values for the $\rm D^{0}$ meson mass $\mu$ , width $\sigma$ , and raw yield $S$ are also given, the fraction of $\rm D^{0}$ candidates in the measure

实验结果

研究问题

• RQ1 在pT > 1 GeV/c时，非瞬发D⁰介子探测的底夸克在夸克-胶子等离子体中的抑制行为如何？
• RQ2 在中心Pb–Pb碰撞中，非瞬发D⁰介子的RAA与瞬发D⁰介子的RAA相比如何？
• RQ3 包含辐射和碰撞能量损失以及夸克重组的理论模型在多大程度上能描述观测到的RAA行为？
• RQ4 在高pT时观测到非瞬发D⁰介子的RAA > 1，是否支持底夸克在QGP中能量损失少于粲夸克的理论预测？
• RQ5 冷核物质效应和强子化机制如何影响对重离子碰撞中底夸克能量损失的解释？

主要发现

• 在0–10%中心度的Pb–Pb碰撞中，非瞬发D⁰介子的核子修改因子RAA在pT > 5 GeV/c时表现出显著抑制，最高达约三倍。
• 在0–10%中心度区间，当pT > 4 GeV/c时，非瞬发D⁰介子的RAA超过1，表明其抑制程度低于瞬发D⁰介子。
• 观测到的非瞬发与瞬发D⁰介子RAA比值 > 1，与理论模型预测一致，即由于死锥效应，底夸克能量损失减少。
• 实验数据可被同时包含碰撞和辐射能量损失机制的模型良好描述，适用于QGP中的底夸克。
• 包含夸克重组作为强子化机制的模型，对数据的描述优于仅使用真空类似碎片化的模型。
• 抑制模式和RAA行为支持底夸克能量损失少于粲夸克的观点，主要归因于其更大的质量以及小角度区域胶子辐射的抑制。

Figure 2: Top panel: non-prompt $\rm D^{0}$ -meson $p_{\rm T}$ -differential production yields in Pb–Pb collisions at $\sqrt{s_{\mathrm{NN}}}~{}=~{}5.02$ TeV in the 0–10% and 30–50% centrality classes. The pp reference spectra, $\left\langle T_{\rm AA}\right\rangle\times{\rm d}\sigma_{\rm pp}/{\rm d