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A model for the suppression of Upsilon mesons in PbPb collisions at LHC energies

Nendzig, Felix

German Title: Ein Modell zur Unterdrückung von Upsilon-Mesonen in PbPb-Kollisionen bei LHC-Energien

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A model for the suppression of Upsilon mesons in the quark-gluon plasma (QGP), formed in relativistic PbPb collisions at the LHC, is presented. The model takes the six bottomium states Y(nS), chi_b(nP) with n = 1,2,3 into account and consists of three steps: First the in-medium wave functions and decay widths are calculated from a non-relativistic, complex potential model. In this approach the following three processes are taken into account: color screening, collisional damping and gluodissociation. In the second step a numerical, hydrodynamical calculation of the longitudinally and transversely expanding fireball is performed, where the QGP is modeled as a perfect, relativistic fluid. Inserting the results of step one yields QGP suppression factors RAA_QGP, which give for each of the six states the fraction that has survived the fireball. In step three the decay cascade is calculated for the remaining bottomium population for decays within the bottomium family and into dimuon pairs. This yields the final results for the suppression factors RAA of the Y(nS) mesons. It is found that the model is in good agreement with the CMS results for the November 2011 PbPb run for a reasonable choice of parameters. However, the calculated suppression of the excited states Y(2S) and Y(3S) relative to the ground state Y(1S) is not strong enough in this model. Additional mechanisms have to be taken into account to modify the Y(nS)/Y(1S) ratios.

Translation of abstract (German)

Es wird ein Modell für die Unterdrückung von Upsilon-Mesonen im Quark-Gluon Plasma (QGP) vorgestellt, welches in relativistischen PbPb-Kollisionen am LHC gebildet wird. Das Modell berücksichtigt die sechs Bottomium-Zustände Y(nS), chi_b(nP) mit n = 1,2,3 und ist in drei Schritte unterteilt: Zunächst werden die Wellenfunktionen und Zerfallsbreiten im Medium in einem nichtrelativistischen, komplexen Potenzialmodell berechnet. Auf diese Weise werden die folgenden drei Prozesse berücksichtigt: Abschirmung der Farbladung, Dämpfung durch weiche Kollisionen und Gluodissoziation. Im zweiten Schritt wird eine numerische, hydrodynamische Berechnung der longitudinalen und transversalen Expansion des Feuerballs durchgeführt, wobei das QGP als ideales, relativistisches Fluid behandelt wird. Durch Einsetzen der Ergebnisse aus Schritt Eins erhält man die QGP-Unterdrückungsfaktoren RAA_QGP, die für jeden der sechs Zustände den Anteil angeben, der den Feuerball überlebt hat. In Schritt Drei wird für die verbliebene Bottomium-Population die Zerfallskaskade innerhalb der Bottomium-Familie und in Dimyonpaare berechnet. Daraus ergeben sich die Unterdrückungsfaktoren RAA der Y(nS) Mesonen. Für eine realistische Wahl der Parameter stimmt das Modell gut mit den CMS-Ergebnissen des PbPb-Runs vom November 2011 überein. Es zeigt sich jedoch, dass die Unterdrückung der angeregten Zustände Y(2S) und Y(3S), im Vergleich zum Grundzustand Y(1S), in diesem Modell nicht stark genug ausfällt. Es müssen daher weitere Mechanismen berücksichtigt werden, die die Y(nS)/Y(1S)-Verhältnisse modifizieren.

Document type: Dissertation
Supervisor: Wolschin, Prof. Dr. Georg
Date of thesis defense: 5 February 2014
Date Deposited: 14 Feb 2014 08:01
Date: 2014
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute for Theoretical Physics
DDC-classification: 530 Physics
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