[论文解读] Nuclear modification of the J/Psi transverse momentum distributions in high energy pA and AA collisions

Dmitri E. Kharzeev, E.M. Levin+1 more|arXiv (Cornell University)|May 7, 2012

High-Energy Particle Collisions Research被引用 5

一句话总结

本文利用QCD二极子模型，对RHIC和LHC能量下pA与AA碰撞中J/ψ横动量谱的核修饰效应进行评估，对初始态冷核物质（CNM）效应进行所有阶次的αₛ²A¹ᐟ³展开。结果表明，仅靠CNM效应无法解释半硬横动量区域的J/ψ抑制现象，暗示必须存在显著的末态效应——尤其在LHC能量下，CNM抑制增强，但实验数据显示抑制程度反而减小，进一步加剧了理论与实验之间的矛盾。

ABSTRACT

We evaluate the transverse momentum spectrum of J/Psi (up to semi-hard momenta) in pA and AA collisions taking into account only the initial state effects, but resumming them to all orders in α_s^2 A^{1/3}. In our previous papers we noticed that cold nuclear matter effects alone could not explain the experimental data on rapidity and centrality dependencies of the J/Psi yield in AA collisions indicating the existence of an additional suppression mechanism. Our present calculations indicate that the discrepancy persists and even increases at semi-hard transverse momenta, implying a significant final state effect on J/Psi production in this kinematical domain. The QCD dipole model we employ is only marginally applicable for J/Psi production at mid-rapidity at RHIC energies but its use is justified in the forward rapidity region. At LHC energies we can quantitatively evaluate the magnitude of cold nuclear matter effects in the entire kinematical region of interest. We present our calculations of J/Psi transverse momentum spectra in pA and AA collisions at LHC and RHIC energies.

研究动机与目标

• 量化高能pA与AA碰撞中初始态冷核物质（CNM）效应对于J/ψ产生影响。
• 评估仅靠CNM效应是否足以解释RHIC与LHC实验中观测到的J/ψ抑制现象。
• 通过将理论CNM预测与实验横动量谱数据对比，评估末态效应的作用。
• 将QCD二极子模型扩展至包含核子中多重胶子交换的所有阶次重求和，以描述J/ψ产生。
• 测试该二极子模型在不同能量下，对快度区中（mid-rapidity）与前向快度区（forward rapidity）的适用性。

提出的方法

• 使用QCD二极子模型描述t通道中通过多重胶子交换产生的J/ψ，该过程与C-和P-宇称量子数一致。
• 利用饱和尺度Qₛ，对核子中所有阶次的多重相互作用进行重求和，半硬区域中具有dσ/d²p⊥d²b⊥ ∝ Qₛ⁴/p⊥⁶的标度行为。
• 将pA与AA截面表示为pp截面与核依赖性散射因子的卷积，以分离出CNM效应。
• 应用准经典近似，并包含低-x演化效应，以推广结果至不同运动学区域。
• 采用现象学模型计算散射振幅，数值求解横动量谱。
• 通过计算纵向形式因子𝒫ₗ评估相干效应，利用硬球核模型推导𝒫ₗ(p⊥)的依赖关系。

实验结果

研究问题

• RQ1 冷核物质效应是否足以单独解释RHIC与LHC能量下pA与AA碰撞中观测到的J/ψ抑制？
• RQ2 在半硬动量区域，J/ψ横动量谱的核修饰效应如何随能量与中心度演化？
• RQ3 QCD二极子模型在RHIC与LHC不同快度区域对J/ψ产生的描述精度如何？
• RQ4 与RHIC相比，LHC能量下初始态CNM效应对于J/ψ谱的定量影响程度如何？
• RQ5 为何理论CNM预测与实验数据在半硬横动量区域的差异随能量增加而加剧？

主要发现

• 对所有阶次αₛ²A¹ᐟ³展开的初始态CNM效应，导致半硬横动量区域J/ψ显著抑制，尤其在LHC能量下更为明显。
• 与RHIC相比，LHC能量下计算得到的CNM抑制程度更高，但实验数据显示LHC的抑制程度反而更小，二者矛盾加剧。
• 理论CNM预测与实验数据之间的差异在半硬p⊥区域持续存在并不断增大，表明必须引入强烈的末态效应才能合理解释实验结果。
• QCD二极子模型在LHC能量下对整个运动学区域具有定量适用性，但在RHIC中快度区仅勉强成立。
• 纵向形式因子𝒫ₗ表明，高p⊥区域相干性被破坏，几何标度失效，系统过渡至硬动力学行为。
• 该模型对RHIC dAu数据中J/ψ产生的描述具有良好一致性，但无法解释LHC AA数据，凸显需要额外的抑制机制。