[论文解读] Nuclear modification of forward $D$ production in pPb collisions at the LHC

H. Fujii, K. Watanabe|arXiv (Cornell University)|Jun 21, 2017

High-Energy Particle Collisions Research被引用 9

一句话总结

本文在Leading Order下采用颜色玻璃凝聚体（CGC）框架，研究LHC中pPb碰撞下前向D介子及半轻衰变产生的轻子（e, μ）的核修饰效应。采用k⊥-依赖的威尔逊线关联函数与跑动耦合BK演化，对核子中的胶子饱和进行建模，预测在前向快度及低横动量（p⊥ < 2 GeV）区域，D介子与轻子产生表现出显著的核抑制，提供了定量的核修饰因子R_pA表格。

ABSTRACT

We study nuclear modification factors for single $D$ meson and semileptonic decay lepton $l$ ($=e,μ$) production in minimum bias proton-nucleus (p$A$) collisions at the LHC in the color-glass-condensate (CGC) framework at leading order in strong coupling. In our numerical computations, transverse momentum ($k_\perp$) dependent multi-point Wilson line correlators are employed for describing target nucleus for p$A$ and proton for pp. The projectile proton is treated with unintegrated gluon distribution function, which is also $k_\perp$-dependent. The rapidity evolutions of these functions in the small Bjorken $x$ region are taken into account by solving running coupling Balitsky-Kovchegov (BK) equation at leading logarithmic accuracy. For simplicity, we employ Kartvelishvili's type fragmentation function and a simple model for lepton energy distribution from seileptonic decay, respectively, to compute differential cross sections for $D$ and $l$ production. The gluon saturation scale inside the heavy nucleus is enhanced and dependent on $x$, which we take into account by replacing the initial saturation scale in the BK equation with a larger value for the heavy nucleus. We show that the saturation effect leads to perceptible nuclear suppression of $D$ production at forward rapidity. Our numerical results predict similar nuclear suppressions in p$A$ collisions for forward $l$ production at lower transverse momentum $p_\perp&lt;2\;{ m GeV}$. Numerical tables on the nuclear modifications of $D$ and $l$ are listed in this note.

研究动机与目标

• 研究LHC中pPb碰撞下重味夸克产生过程中的初始态核效应，重点考察核子中胶子饱和效应。
• 量化颜色玻璃凝聚体（CGC）框架对前向快度区域D介子与衰变轻子产生影响的程度。
• 为D介子与轻子产生的核修饰因子R_pA提供数值预测，以供与新兴的LHC数据进行比较。
• 通过系统性参数变化，评估模型对初始饱和尺度与重夸克质量的依赖性。

提出的方法

• 采用k⊥-依赖的多点威尔逊线关联函数的Leading Order CGC框架，描述核子靶与质子束流。
• 应用跑动耦合巴利茨基-科维奇（rcBK）方程，在小Bjorken x区域演化二阶幅值随快度的变化。
• 对质子采用k⊥-依赖的非微扰胶子分布函数，并对核子采用A^{1/3}增强的饱和尺度。
• 采用Kartvelishvili型的碎片化函数描述D介子产生，以及一个简单的模型描述半轻衰变中轻子的能量分布。
• 计算D介子与轻子产生的微分截面，进而推导核修饰因子R_pA = σ_pA / (A × σ_pp)。
• 通过改变初始饱和尺度与重夸克质量，进行数值计算以估计模型不确定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 核子中胶子饱和在多大程度上抑制了LHC中pPb碰撞下前向快度区域的D介子产生？
• RQ2 在低横动量区域，半轻衰变轻子（e, μ）的核修饰因子R_pA与D介子相比如何？
• RQ3 R_pA的预测对初始饱和尺度与重夸克质量的变化有多敏感？
• RQ4 D介子与轻子产生的R_pA的快度依赖性如何？与现有LHC数据相比有何差异？

主要发现

• CGC框架预测在前向快度与低横动量（p⊥ < 2 GeV）区域，D介子产生表现出显著的核抑制，R_pA值明显低于1。
• 半轻衰变轻子（e, μ）也观察到类似抑制，p⊥ < 2 GeV时R_pA < 1，表明轻子产生继承了来自D介子的饱和效应。
• 提供了不同p⊥与快度区间的D介子与轻子产生的R_pA数值表格，可直接与LHC数据对比。
• 该抑制效应对核子初始饱和尺度与重夸克质量敏感，通过参数变化量化了模型不确定性。
• 结果与LHCb在前向快度区域对D⁰产生的初步数据以及ALICE在中间快度区域对轻子产生的数据一致。