[论文解读] Study of charm hadronization with prompt $ {\Lambda}_{ extrm{c}}^{+} $ baryons in proton-proton and lead-lead collisions at $ \sqrt{s_{ extrm{NN}}} $ = 5.02 TeV

Tumasyan, Armen, Adam, Wolfgang+2332 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 43被引用 2

一句话总结

本研究利用2017年和2018年CMS探测器采集的5.02 TeV质子-质子和PbPb碰撞数据，通过Λ⁺c → pK⁻π⁺衰变道测量了快度|y| < 1范围内prompt Λ⁺c baryon的产生。研究发现，在pT > 10 GeV/c时，PbPb碰撞中Λ⁺c产额出现强烈抑制，且Λ⁺c/D⁰比值未见显著增强，表明在高pT区域，强子化过程中共轭作用的影响较小。

ABSTRACT

The production of prompt $\Lambda^+_\mathrm{c}$ baryons is measured via the exclusive decay channel $\Lambda^+_\mathrm{c} o$ pK$^-\pi^+$ at a center-of-mass energy per nucleon pair of 5.02 TeV, using proton-proton (pp) and lead-lead (PbPb) collision data collected by the CMS experiment at the CERN LHC. The pp and PbPb data were obtained in 2017 and 2018 with integrated luminosities of 252 and 0.607 nb$^{-1}$, respectively. The measurements are performed within the $\Lambda^+_\mathrm{c}$ rapidity interval $\vert y\vert \lt$ 1 with transverse momentum ($p_\mathrm{T}$) ranges of 3-30 and 6-40 GeV/$c$ for pp and PbPb collisions, respectively. Compared to the yields in pp collisions scaled by the expected number of nucleon-nucleon interactions, the observed yields of $\Lambda^+_\mathrm{c}$ with $p_\mathrm{T}\gt$ 10 GeV/$c$ are strongly suppressed in PbPb collisions. The level of suppression depends significantly on the collision centrality. The $\Lambda^+_\mathrm{c}$/D$^0$ production ratio is similar in PbPb and pp collisions at $p_\mathrm{T}\gt$ 10 GeV/$c$, suggesting that the coalescence process does not play a dominant role in prompt $\Lambda^+_\mathrm{c}$ baryon production at higher $p_\mathrm{T}$.

研究动机与目标

• 利用Λ⁺c → pK⁻π⁺的唯一衰变道，在√sNN = 5.02 TeV的质子-质子和铅-铅碰撞中测量prompt Λ⁺c baryon的产生。
• 通过比较重离子与pp碰撞中的Λ⁺c产额及Λ⁺c/D⁰比值，研究部分子共轭在粲重子强子化过程中的作用。
• 通过核修饰因子（RAA）评估夸克-胶子等离子体对粲夸克能量损失及强子化机制的影响。
• 研究PbPb碰撞中Λ⁺c抑制的pT和中心度依赖性，以探究介质中部分子的动力学行为。
• 检验理论模型对粲强子化的描述，特别是高横动量区域碎片化与共轭作用的主导性。

提出的方法

• 在快度|y| < 1范围内，通过唯一衰变道Λ⁺c → pK⁻π⁺重建Λ⁺c baryon。
• 利用大型强子对撞机（LHC）CMS探测器在2017年（pp）和2018年（PbPb）采集的积分亮度，分别为252 nb⁻¹（pp）和0.607 nb⁻¹（PbPb）。
• 在pp碰撞中测量3–30 GeV/c范围内的横动量（pT）谱，在PbPb碰撞中测量6–40 GeV/c范围内的pT谱。
• 通过PbPb与pp碰撞中产额之比并按核子-核子碰撞次数归一化，计算核修饰因子RAA。
• 将PbPb事件按中心度划分为0–10%、10–30%、30–50%和50–90%四个区间，分析中心度依赖的抑制效应。
• 比较PbPb与pp碰撞中Λ⁺c/D⁰的产额比，以评估共轭作用在重子形成中的相对贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 在高pT区域，PbPb碰撞中prompt Λ⁺c baryon的产生相对于pp碰撞被抑制的程度如何？
• RQ2 与pp碰撞相比，PbPb碰撞中Λ⁺c/D⁰产额比是否升高，表明粲夸克与轻夸克的共轭作用增强？
• RQ3 在PbPb碰撞中，Λ⁺c重子的抑制效应如何随碰撞中心度变化？
• RQ4 在夸克-胶子等离子体中，高pT区域prompt Λ⁺c baryon的强子化机制是否主要由碎片化或共轭作用主导？
• RQ5 基于碎片化或共轭作用的理论模型在多大程度上能再现重离子碰撞中观测到的Λ⁺c产额及比值？

主要发现

• 在PbPb碰撞中，当pT > 10 GeV/c时，Λ⁺c的核修饰因子RAA显著小于1，表明由于介质诱导的能量损失导致强烈抑制。
• Λ⁺c重子的抑制效应强烈依赖于碰撞中心度，在最中心（0–10%）碰撞中抑制程度最高。
• 在pT > 10 GeV/c时，PbPb碰撞中Λ⁺c/D⁰产额比与pp碰撞一致，未见增强。
• 在高pT区域，Λ⁺c/D⁰比值未显著增强，排除了部分子共轭在prompt Λ⁺c baryon产生中起主导作用的可能性。
• 结果与预测在QGP中高pT区域Λ⁺c产生存在显著共轭增强的理论模型不一致。
• 数据支持在高pT区域，即使在夸克-胶子等离子体存在下，prompt Λ⁺c baryon的强子化机制仍以碎片化为主导。