[论文解读] Measurements of azimuthal anisotropy of nonprompt D$^0$ mesons in PbPb collisions at $\sqrt{s_\mathrm{NN}}$ = 5.02 TeV

CMS Collaboration, Adam, Wolfgang+2350 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 48被引用 1

一句话总结

本研究利用CMS探测器获得的0.58 nb⁻¹积分亮度，在√sₙₙ = 5.02 TeV的PbPb碰撞中，首次测量了通过b强子衰变产生的非原生D⁰介子的椭圆（v₂）和三角形（v₃）方位各向异性。结果表明，与原生D⁰介子相比，非原生D⁰介子的v₂和v₃幅值显著减小，且其pT和事件中心度依赖性更弱，支持夸克-胶子等离子体中具有质量依赖性的相互作用理论模型。

ABSTRACT

Measurements of the elliptic ($v_2$) and triangular ($v_3$) azimuthal anisotropy coefficients are presented for D$^0$ mesons produced in b hadron decays (nonprompt D$^0$ mesons) in lead-lead collisions at $\sqrt{s_\mathrm{NN}}$ = 5.02 TeV. The results are compared with previously published charm meson anisotropies measured using prompt D$^0$ mesons. The data were collected with the CMS detector in 2018 with an integrated luminosity of 0.58 nb$^{-1}$. Azimuthal anisotropy is sensitive to the interactions of quarks with the hot and dense medium created in heavy ion collisions. Comparing results for prompt and nonprompt D$^0$ mesons can assist in understanding the mass dependence of these interactions. The nonprompt results show lower magnitudes of $v_2$ and $v_3$ and weaker dependences on the meson transverse momentum and collision centrality than those found for prompt D$^0$ mesons. By comparing to theoretical predictions, the results imply that there is a mass hierarchy of quark interactions with the medium.

研究动机与目标

• 测量在√sₙₙ = 5.02 TeV的PbPb碰撞中，通过b强子衰变产生的非原生D⁰介子的方位各向异性（v₂和v₃）。
• 将非原生D⁰介子的各向异性与原生D⁰介子的各向异性进行比较，以探究夸克-胶子等离子体中夸克-介质相互作用的质量依赖性。
• 检验包含夸克-胶子等离子体介质中质量依赖性阻尼和扩散系数的理论预测。
• 通过b → D⁰衰变的高分支比，拓展对高能核碰撞中重夸克流的理解，实现对较低横动量（pT）区域的探测。
• 为未来利用具有高重建效率的强子衰变道研究底夸克动力学提供基准参考。

提出的方法

• 利用CMS探测器的追踪和顶点重建能力，通过D⁰ → K⁻π⁺衰变重建非原生D⁰介子，数据来自√sₙₙ = 5.02 TeV的PbPb碰撞。
• 采用两步事件选择方法：首先通过二级顶点重建识别b强子衰变顶点；其次从位移轨迹中重建D⁰ → K⁻π⁺衰变。
• 使用标量积方法计算v₂和v₃系数，事件对事件的对称平面角（Ψ₂, Ψ₃）由事件的方位粒子分布确定。
• 利用前向强子（HF）量能器中沉积的总能量，对事件进行中心度依赖性校正，将事件划分为0–10%、10–30%和30–50%中心度区间。
• 通过蒙特卡罗模拟和数据驱动技术进行背景减法和效率校正，以分离非原生D⁰信号。
• 将结果与原生D⁰介子的先前测量结果及包含有限质量效应的理论模型进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在√sₙₙ = 5.02 TeV的PbPb碰撞中，非原生D⁰介子的v₂和v₃系数与原生D⁰介子相比如何？
• RQ2 非原生D⁰介子各向异性对横动量（pT）和碰撞中心度的依赖性如何？
• RQ3 非原生D⁰介子测得的各向异性系数是否支持夸克-胶子等离子体中具有质量依赖性相互作用的理论模型？
• RQ4 D⁰介子的较大质量（与b夸克动量相关）与轻子衰变道相比，对观测到的流系数有何影响？
• RQ5 非原生D⁰介子中v₂和v₃幅值较低，是否可归因于夸克-胶子等离子体中热化程度降低或路径长度效应？

主要发现

• 在所有pT和中心度区间内，非原生D⁰介子的v₂和v₃系数幅值显著小于原生D⁰介子的测量值。
• 非原生D⁰介子的各向异性对横动量（pT）和碰撞中心度的依赖性弱于原生D⁰介子，表明集体流更弱。
• 非原生D⁰介子测得的v₂和v₃值与包含重夸克与QGP介质间质量依赖性相互作用强度的理论预测一致。
• 结果表明，b夸克经历的集体流弱于粲夸克，支持重夸克流系数的质量排序。
• 由于b → D⁰衰变的分支比较大（≈70%），该分析可探测至pT ≈ 1 GeV/c，从而实现对低pT流动力学的敏感测量。
• 在低pT区域，非原生D⁰介子的v₂和v₃无显著偏离零，与重夸克流减弱的理论预期一致。