[论文解读] Statistical hadronization of charm in heavy ion collisions

A. Kostyuk|ArXiv.org|Jun 13, 2003

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 6被引用 15

一句话总结

本文提出统计聚并模型（SCM）以解释重离子碰撞中 charm 强子的产生，其中 charm quark 最初在硬部分子碰撞中产生，随后在强子化过程中按统计规律分布至开放底和隐藏底强子。该模型成功再现了 RHIC 中与中心度无关的 $J/\psi$ 产额，表明后期聚并占主导地位，而非原始产生，从而挑战了标准的夸克-胶子等离子体抑制场景。

ABSTRACT

Production of open and hidden charm hadrons in heavy ion collisions is considered within the statistical coalescence model (SCM). Charmed quark-antiquark pairs are assumed to be created at the initial stage of the reaction in hard parton collisions. The number of these pairs is conserved during the evolution of the system. At hadronization, the charmed (anti)quarks are distributed among open and hidden charm hadrons in accordance with laws of statistical mechanics. Important special cases: a system with a small number of charmed quark-antiquark pairs and charm hadronization in a subsystem of the whole system are considered. The model calculations are compared with the preliminary PHENIX data for J/psi production at RHIC. Possible influence of the in-nuclear modification of the parton distribution functions (shadowing) on the SCM results is studied.

研究动机与目标

• 解决重离子碰撞中非热性 charm 产生却呈现热平衡的 $\psi^\prime/J/\psi$ 产额比这一悖论。
• 发展一个考虑非平衡 charm quark 数量但最终态按统计规律分布的 charm 强子化统计模型。
• 检验尽管弛豫时间较长，charm 强子化是否仍可由统计力学描述。
• 将模型预测与 RHIC 处 PHENIX 实验的 $J/\psi$ 数据进行比较，并评估核内介质效应（如部分子阴影效应）的作用。

提出的方法

• 初始阶段，charm quark-antiquark 对在硬部分子碰撞中产生，其数量在演化过程中守恒。
• 强子化被建模为统计过程，其中 $c$ 和 $\bar{c}$ 按照统计力学规律分布至开放底和隐藏底强子。
• 采用全系综方法，利用 charm 化学势 $\mu_c$ 平衡开放底与反底强子的种群数量，即使 $\mu_b$ 不为零。
• 该模型通过二项分布统计推广至子系统，以描述在有限快度窗口内 $c$ 和 $\bar{c}$ 的出现概率。
• 子系统中平均 $J/\psi$ 产额推导为 $\langle H\rangle_{AB(b)}^{(\xi)} \approx \xi^2 \langle c\bar{c}\rangle_{AB(b)} (\langle c\bar{c}\rangle_{AB(b)}+1) \frac{\tilde{N}_H}{\tilde{N}_1\tilde{N}_{\bar{1}}}$。
• 冻结参数（$T=177$ MeV，$\mu_b=29$ MeV）由轻强子数据固定，$\xi$ 通过拟合 PHENIX 数据确定。

实验结果

研究问题

• RQ1 在中心 Pb+Pb 碰撞中，能否通过非热性 charm 产生机制结合统计强子化来解释观测到的 $\psi^\prime/J/\psi$ 产额比？
• RQ2 RHIC 处 $J/\psi$ 产额的中心度依赖性是否表明后期聚并占主导，而非原始产生与抑制？
• RQ3 核内部分子分布函数的修改（阴影效应）在多大程度上影响观测到的 $J/\psi$ 产额？能否与聚并效应相区分？
• RQ4 该统计聚并模型是否与 SPS 和 RHIC 数据一致，特别是考虑到 $\psi^\prime$ 的异常存活现象？

主要发现

• 统计聚并模型成功再现了 $\sqrt{s}=200$ GeV Au+Au 碰撞中，中快度区 $J/\psi$ 每个二元碰撞的产额与中心度无关的实验结果。
• 对 PHENIX 数据的最佳拟合得到 $\chi^2/\text{dof} = 0.75$，对应 $\xi \approx 0.18$，表明仅有约 18% 的 charm quark 位于中心快度窗口。
• 该模型预测在中快度窗口内 $J/\psi$ 产额随中心度保持平坦，与总产额随中心度上升的趋势相反，这是由于中快度区体积增长更快所致。
• RHIC 处观测到的 $J/\psi$ 产额无法用标准 QGP 抑制场景解释，后者预测的抑制程度强于实际观测。
• 该模型表明，$c\bar{c}$ 在强子化过程中的聚并是主导机制，而非原始 charmonia 的存活。
• 核内部分子分布函数的修改（阴影效应）将导致 $J/\psi$ 产额下降，但实际观测到的饱和现象表明聚并效应占主导。