[论文解读] Open charm production in high multiplicity proton-proton events at the LHC

E. G. Ferreiro, C. Pajares|arXiv (Cornell University)|Jan 14, 2015

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 1被引用 10

一句话总结

该论文提出，在大型强子对撞机（LHC）的高多重度质子-质子碰撞中，色源之间的相干效应导致了开放粲夸克（D⁰、D⁺、D⁻）产生率的非线性增强，其产额在高密度下与带电粒子多重度呈二次方关系。该模型基于色源相互作用及通过弦重叠产生的阻尼机制，成功再现了ALICE实验观测到的D介子产额强于线性增长的现象，支持了在小系统中形成了高密度介质的结论。

ABSTRACT

We present the dependence of $D$ production on the charged particle multiplicity in proton-proton collisions at LHC energies. We show that, in a framework of source coherence, the open charm production exhibits a growth with the multiplicity which is stronger than linear in the high density domain. This departure from linearity was previously observed in the $J/ψ$ inclusive data from proton-proton collisions at 7 TeV and was successfully described in our approach. Our assumption, the existence of coherence effects present in proton-proton collisions at high energy, applies for high multiplicity proton-proton collisions in the central rapidity region and should affect any hard observable.

研究动机与目标

• 研究大型强子对撞机（LHC）高多重度pp碰撞中开放粲夸克的产生是否表现出非线性行为，该行为可能指示存在致密强子物质。
• 检验色源之间的相干效应（通过源密度和相互作用建模）是否能够解释观测到的D介子产额增强。
• 将D介子的非线性增长与J/ψ的非线性增长进行比较，后者此前表现出类似行为，以评估探针硬度的作用。
• 确定非线性偏离是否随横向动量和粒子质量增加而增强，这符合对更硬探针的预期。

提出的方法

• 将高能pp碰撞建模为具有有限横向尺寸的色源（弦）之间的相互作用，其中源密度ρ决定有效源数的减少。
• 引入阻尼因子F(ρ) = √[(1−e⁻ᵣ)/ρ]以考虑源重叠的影响，从而降低总多重度等软可观测量。
• 假设硬探针（D和J/ψ）的产额与碰撞次数成正比，而软多重度与√Ns成正比，因此在高密度下产生非线性依赖关系。
• 基于混合夸克组成，将D介子的产生分配为50%软过程（与多重度线性相关）和50%硬过程（与多重度呈二次方关系，类似于J/ψ）。
• 使用关系式nD/<nD> = 0.5×(dN/dη/<dN/dη>) + 0.5×[(1−<ρ>)(dN/dη/<dN/dη>) + <ρ>(dN/dη/<dN/dη>)²]计算D介子产额。
• 利用ALICE实验在7 TeV下D⁰和D⁺在2 < pT < 4 GeV范围内的数据标定模型，并与中心快度区和前向快度区的J/ψ数据进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在大型强子对撞机（LHC）的高多重度pp碰撞中，开放粲夸克的产生是否表现出与带电粒子多重度相关的非线性依赖关系，类似于J/ψ？
• RQ2 色源之间的相干效应是否能够解释高多重度下观测到的D介子产额增强？
• RQ3 D介子产生中与线性关系的偏离是否随横向动量或粒子质量增加而增强，如对更硬探针的预测？
• RQ4 观测到的非线性行为是否与小pp系统中致密介质的形成一致？
• RQ5 弦渗流或饱和效应是否能解释数据，或在7 TeV下可忽略不计？

主要发现

• 该模型预测，在高密度下D介子产额对多重度呈二次方依赖，当dN/dη/<dN/dη> = 8时，nD/<nD>达到22.36。
• 该模型在7 TeV下2 < pT < 4 GeV范围内，与ALICE实验观测的D⁰和D⁺产额数据高度一致。
• 由于J/ψ质量更高、性质更硬，其非线性增强强于D介子，这表明其对色源相干性更敏感。
• 与线性关系的偏离随横向动量增加而增强，高pT的D介子表现出更显著的非线性上升。
• 当dN/dη/<dN/dη> = 8时，源密度<ρ>达到0.51，表明存在显著的源重叠和有效源数减少。
• 该模型预测D介子产额随多重度的增长快于线性关系，当多重度从平均值的1倍增至9倍时，产额增加约9倍。