[论文解读] Measurement of the Open Charm Cross-Section in $\sqrt{s_{NN}}$ = 200 GeV Cu+Cu Collisions at STAR

Stephen Baumgart|arXiv (Cornell University)|Sep 26, 2007

High-Energy Particle Collisions Research被引用 4

一句话总结

本研究利用直接重建方法，通过 $K\pi$ 衰变道在 RHIC 的 $√{s_{NN}}$ = 200 GeV Cu+Cu 碰撞中测量了中快速度开放底夸克的截面。测得的每二元碰撞开放底夸克截面为 $1.30 \pm 0.25$ mb，证实了二元标度关系，并表明其通过初始硬散射过程产生，暗示 FONLL 理论模型存在预测偏低的问题。

ABSTRACT

We present the mid-rapidity $(D^{0} + \bar{D^{0}})/2$ yield measured in $\sqrt{s_{NN}}$ = 200 GeV Cu+Cu collisions at RHIC via direct reconstruction through the $Kπ$ decay channel. A charm cross-section is reported and compared to theoretical predictions and to previous RHIC experimental results.

研究动机与目标

• 利用 $K\pi$ 衰变道通过直接重建方法，在 RHIC 的 $√{s_{NN}}$ = 200 GeV Cu+Cu 碰撞中测量开放底夸克截面。
• 检验底夸克产生是否与二元核子-核子碰撞数成比例，这符合初始硬散射过程的预期。
• 将测得的底夸克截面与理论 FONLL 预测值以及 STAR 和 PHENIX 之前在 RHIC 的测量结果进行比较。
• 研究实验数据与 FONLL 计算之间的差异，这些差异可能表明当前模型中存在缺失的物理机制。

提出的方法

• 使用公式 $m_{D^0} = \sqrt{m_\pi^2 + m_K^2 + 2(E_\pi E_K - |p_\pi||p_K|\cos\theta)}$ 进行不变质量重建，通过 $K\pi$ 衰变道重建 $D^0$ 和 $\overline{D^0}$。
• 通过在动量空间中每 5° 旋转一次 kaon-pion 对（从 150° 到 210°）来估计并减去非相关背景，实现旋转背景扣除。
• 使用高斯函数加一阶多项式拟合不变质量谱，$D^0+\overline{D^0}$ 峰的统计显著性达到 4.6σ。
• 利用 STAR TPC 的详细 GEANT 模拟进行探测器效率和接受度的修正，并应用 $3.80 \pm 0.07\%$ 的分支比修正。
• 通过 $m_t - m_0$ 指数函数拟合横动量谱，提取 $dN_{D^0}/dy$ 产额。
• 使用公式 $\sigma_{c\overline{c}}^{NN} = (dN_{D^0}/dy) \times (\sigma_{pp}^{inelastic}/N_{bin}^{CuCu}) \times (f/R)$ 将 $dN_{D^0}/dy$ 产额转换为每二元碰撞的截面，其中 $\sigma_{pp}^{inelastic} = 42$ mb，$N_{bin}^{CuCu} = 51.5^{+1.0}_{-2.9}$，$f = 4.7 \pm 0.7$，$R = 0.54 \pm 0.05$。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 $\sqrt{s_{NN}}$ = 200 GeV 的 Cu+Cu 碰撞中，底夸克产生是否与二元核子-核子碰撞数成比例，这符合初始硬散射过程的预期吗？
• RQ2 在该能量下，测得的 Cu+Cu 碰撞中开放底夸克截面与理论 FONLL 预测值相比如何？
• RQ3 之前 STAR 和 PHENIX 测得的底夸克截面之间的差异是否具有统计显著性，还是与系统误差一致？
• RQ4 在 Cu+Cu 碰撞中观测到的底夸克截面是否支持底夸克通过早期碰撞中的胶子融合产生这一假设？

主要发现

• 在使用旋转方法扣除背景后，$D^0 + \overline{D^0}$ 不变质量峰的统计显著性达到 4.6σ。
• 通过横动量谱的 $m_t - m_0$ 指数拟合，测得中快速度 $dN_{D^0}/dy$ 产额为 $0.184 \pm 0.035$（统计不确定性）。
• Cu+Cu 碰撞中初步测得的每二元碰撞底夸克截面为 $1.30 \pm 0.25$ mb，与从 p+p 到中心性 Au+Au 的 STAR 之前数据中观察到的二元标度一致。
• 测得的截面超过 FONLL 预测值 $0.256^{+0.400}_{-0.146}$ mb，表明当前理论模型可能存在预测偏低的问题。
• 结果支持底夸克通过初始硬散射过程产生的解释，与微扰量子色动力学的预期一致。