[论文解读] Sequential Coalescence with Charm Conservation in High Energy Nuclear Collisions

Jiaxing Zhao, Shuzhe Shi+2 more|arXiv (Cornell University)|May 28, 2018

High-Energy Particle Collisions Research被引用 21

一句话总结

本文提出一种具有粲夸克数守恒的顺序聚束模型，以解释高能核碰撞中粲强子的产生。通过求解包含格点QCD势的两体狄拉克方程，并将其与流体动力学演化相耦合，该模型预测由于粲夸克数守恒，$D_s^+$ 介子更早形成，从而导致 $D_s^+/D^0$ 产额增强和 $\Lambda_c^+/D^0$ 抑制，与RHIC和LHC的数据一致。

ABSTRACT

Heavy quarks are initially produced in nuclear collisions and the number is conserved during the evolution of the system. We establish a sequential coalescence model with charm conservation and apply it to charmed hadron production at RHIC and LHC energies. The charm conservation enhances the earlier formed hadrons and reduces the later formed ones, which leads to a $D_s/D^0$ enhancement and a $Λ_c/D^0$ suppression. The mass dependence of the sequential hadron formation provides us a new tool for studying the quark-gluon plasma hadronization in high energy nuclear collisions.

研究动机与目标

• 为研究粲夸克数守恒对夸克-胶子等离子体中粲强子产生影响。
• 通过引入质量依赖的解离温度，建立重夸克顺序强子化的模型。
• 解释RHIC和LHC重离子碰撞中观测到的 $D_s^+/D^0$ 增强与 $\Lambda_c^+/D^0$ 抑制现象。
• 将该框架扩展至底夸克强子化，预测 $\bar{B}_s^0/\bar{B}^0$ 产额。
• 建立质量依赖的顺序聚束机制，作为探测QGP强子化动力学的工具。

提出的方法

• 通过格点QCD导出的夸克-反夸克势求解两体狄拉克方程，确定粲介子的结合能与解离温度。
• 利用流体动力学方程模拟火球演化，并提取不同强子的聚束时间。
• 通过减少后续形成强子的可用粲夸克分数实现粲夸克数守恒，其中 $r = (N_c - N_{D_s^+})/N_c \approx 90\%$ 对应 $D^0$。
• 通过热化参数 $\alpha=0.3$，$\beta=0.7$ 实现奇异数增强，以模拟增强的 $D_s^+$ 产生。
• 使用顺序聚束计算强子谱与产额比，以同时聚束（固定 $r=1$）为基准进行比较。
• 通过 $m_b = 4.7$ GeV 及类似的解离温度估计，将模型扩展至底强子。

实验结果

研究问题

• RQ1 粲夸克数守恒如何影响重离子碰撞中 $D_s^+$ 与 $D^0$ 介子的相对产额？
• RQ2 由质量依赖解离温度驱动的顺序强子化，在多大程度上可解释RHIC和LHC中观测到的 $D_s^+/D^0$ 增强？
• RQ3 粲夸克数守恒与奇异数增强之间的相互作用如何影响 $\Lambda_c^+/D^0$ 产额比？
• RQ4 在顺序聚束与底夸克数守恒下，底强子产额比 $\bar{B}_s^0/\bar{B}^0$ 的预测行为如何？
• RQ5 强子形成时间的质量依赖性是否可作为探测夸克-胶子等离子体强子化动力学的独特探针？

主要发现

• 具有粲夸克数守恒的顺序聚束模型在中间 $p_T$ 区域预测了 $D_s^+/D^0$ 的增强，与RHIC和LHC的实验数据一致。
• $D_s^+/D^0$ 比值的增强源于在粲夸克数守恒下，$D_s^+$ 介子更早形成（$r=1$），而 $D^0$ 介子更晚形成（$r \approx 90\%$）。
• 在顺序模型中，由于用于重子形成的可用粲夸克分数较低（$r \approx 0.6$），而 $D^0$ 的可用分数较高（$r \approx 0.9$），$\Lambda_c^+/D^0$ 比值被抑制。
• 模型预测 $T_{D_s^+} = 1.2\, T_c$ 且 $T_{D^0} \simeq 1.15\, T_c$，表明粲-奇异介子更早强子化。
• 对于底强子，模型预测在LHC的中心性Pb+Pb碰撞中 $\bar{B}_s^0/\bar{B}^0 \simeq 1$，且 $T_{\bar{B}_s^0} \simeq T_{D_s^+}$，$T_{\bar{B}^0} \simeq T_{D^0}$。
• 结果表明，顺序强子化中质量依赖的形成时间可作为探测QGP强子化动力学的独特探针，且对较重夸克效应更强。