[论文解读] Quarkonia suppression in PbPb collisions at $\sqrt{s_{NN}}$ = 2.76 TeV

Vineet Kumar, P. Shukla+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 13, 2014

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 33被引用 4

一句话总结

本研究构建了一个动力学模型，用于解释在√sNN = 2.76 TeV的Pb+Pb碰撞中顶夸克态的抑制与再结合现象，该模型综合考虑了热胶子引起的夸克胶子态解离、共存子相互作用、阴影效应以及底夸克的再组合。该模型成功再现了ALICE和CMS实验中$J/\psi$和$\Upsilon$的核修改因子($R_{AA}$)在不同中心度和横动量依赖性上的行为，揭示了在低$p_T$区域再结合占主导地位，而高$p_T$区域的抑制则主要由胶子解离驱动，且其抑制程度超出仅考虑胶子解离的预测。

ABSTRACT

We estimate the modification of quarkonia yields due to different processes in the medium produced in Pb+Pb collisions at LHC energy. The quarkonia and heavy flavour cross sections calculated up to next-to-leading order (NLO) are used in the study. Shadowing corrections are obtained with the NLO EPS09 parametrization. A kinetic model is employed which incorporates quarkonia suppression inside a QGP, suppression due to hadronic comovers, and regeneration from charm pairs. The quarkonia dissociation cross section due to gluon collisions has been considered and the regeneration rate has been obtained using the principle of detailed balance. The modification in quarkonia yields due to collisions with hadronic comovers has been estimated assuming that the comovers are pions. The manifestations of these effects on the nuclear modification factors for both $J/ψ$ and $Υ$ in different kinematic regions has been demonstrated for Pb+Pb collisions at $\sqrt{s_{_{NN}}}$ = 2.76 TeV in comparison with the measurements. Both the suppression and regeneration due to a deconfined medium strongly affect the low and intermediate $p_T$ range. The large observed suppression of $J/ψ$ at $p_T~>$ 10 GeV/$c$ exceeds the estimates of suppression by gluon dissociation.

研究动机与目标

• 理解LHC能量下Pb+Pb碰撞中夸克胶子态抑制与再结合之间的相互作用机制。
• 解释$J/\psi$和$\Upsilon$态在不同$p_T$和中心度范围内的观测$R_{AA}$行为。
• 量化QGP诱导的解离、共存子相互作用、阴影效应以及底夸克再组合对夸克胶子态产额的贡献。
• 解决仅基于胶子解离预测的高$p_T$ $J/\psi$抑制与实验观测之间的差异。

提出的方法

• 采用CT10部分子分布函数的下一阶微扰量子色动力学（NLO pQCD）计算方法，研究重夸克及夸克胶子态的产生。
• 应用NLO EPS09参数化形式对部分子分布函数进行核阴影修正。
• 采用包含热胶子引起的夸克胶子态解离以及通过底夸克再组合实现的再结合过程的动力学模型，利用详细平衡条件确定形成速率。
• 假设π介子为最主要的共存子强子，建模共存子诱导的抑制效应。
• 计算$R_{AA}$随$p_T$和中心度（通过$N_{\rm part}$表示）的变化，并与ALICE和CMS实验数据进行比较。
• 引入来自激发态$\Upsilon$的级联衰变贡献，以提高与$\Upsilon$(1S)实验数据的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 胶子解离、共存子相互作用与再结合过程如何共同影响Pb+Pb碰撞中$J/\psi$ $R_{AA}$在$p_T$和中心度上的依赖性？
• RQ2 为何CMS实验中高$p_T$ $J/\psi$的抑制程度大于仅由胶子解离预测的结果？
• RQ3 在低$p_T$区域$J/\psi$再结合在多大程度上可以解释ALICE观测到的平坦$R_{AA}$行为？
• RQ4 该模型在多大程度上成功再现了$\Upsilon$态在中快速度和前向快速度区域的顺序抑制模式？
• RQ5 $\Upsilon$(2S)和$\Upsilon$(3S)的级联衰变贡献在$\Upsilon$(1S)抑制中起到何种作用？

主要发现

• 在低$p_T$区域，再结合过程占主导地位，成功解释了ALICE数据中在大多数中心度区间内$J/\psi$的平坦$R_{AA}$行为。
• 在高$p_T$区域（$p_T > 10$ GeV/$c$），$J/\psi$的抑制程度超过仅由胶子解离预测的结果，表明存在额外的抑制机制。
• 该模型成功再现了CMS实验在$p_T \geq 6.5$ GeV/$c$时测量的$p_T$无关$R_{AA}$行为，且抑制程度随中心度增加而增强。
• 对于$\Upsilon$(1S)，模型低估了抑制程度，但成功再现了抑制随中心度变化的形状，表明激发态的级联衰变贡献显著。
• $\Upsilon$(2S)态表现出强烈抑制，由于热底夸克密度较低，再结合过程作用可忽略。
• 阴影效应影响较小，对$R_{AA}$无显著改变，其影响仍在实验数据的不确定度范围内。