A cura di Luciano Magaldi.

Le misurazioni della produzione di adroni contenenti quark pesanti (cioè charm o beauty) nelle collisioni “protone-protone (pp)” forniscono un importante test sull’accuratezza dei calcoli perturbativi della cromodinamica quantistica (pQCD).

La produzione di quark pesanti avviene in collisioni iniziali ad alta energia tra quark e gluoni, mentre la produzione di quark leggeri nell’evento di fondo è dominata da processi a bassa energia. Pertanto, misurare la produzione di adroni con quark pesanti in funzione della molteplicità di particelle cariche fornisce informazioni sull’interazione tra meccanismi ad alto e basso impatto energetico nella produzione delle particelle.

Le misurazioni nelle collisioni pp ad alta molteplicità hanno mostrato caratteristiche che ricordano quelle associate alla formazione del plasma di quark-gluoni nelle collisioni tra ioni pesanti, come l’aumento della produzione di particelle con contenuto di stranezza e la modifica del rapporto di produzione barione-mesone in funzione del momento trasverso (pT).

Questi effetti possono essere spiegati da due diversi tipi di modelli: modelli statistici di adronizzazione, che valutano la popolazione di stati adronici in base a pesi statistici governati dalle masse degli adroni e da una temperatura universale, o modelli che includono l’adronizzazione tramite la ricombinazione di quark e gluoni vicini nello spazio delle fasi.

Entrambi prevedono un aumento del rapporto barione-mesone e del rapporto adrone “strano-non strano” in funzione della molteplicità di particelle cariche.

Nel settore del charm, la collaborazione in ALICE ha recentemente osservato una dipendenza dalla molteplicità del rapporto Λc+/D0 differenziale rispetto a pT, che evolve gradualmente dalle collisioni pp alle collisioni piombo-piombo, mentre non è stata osservata alcuna dipendenza per la resa di produzione del mesone Ds+.

Misurazioni di questi fenomeni nel campo dei quark beauty sono necessarie per gettare ulteriore luce sul meccanismo di adronizzazione.

Per investigare la produzione di quark beauty in funzione della molteplicità e metterla in relazione con quella dei quark charm, ALICE ha misurato per la prima volta la frazione di D0 e D+ originati dal decadimento di adroni beauty (indicati come “non prompt”) in funzione del momento trasverso e della molteplicità di particelle cariche nelle collisioni pp a 13 TeV, utilizzando i dati del Run 2.

La misurazione sfrutta diverse topologie dei vertici di decadimento dei mesoni D prompt e non prompt con tecniche di classificazione basate sull’apprendimento automatico. Le frazioni di mesoni D non prompt sono state osservate aumentare leggermente con pT, passando da circa il 5% al 10%, come previsto dai calcoli della pQCD (vedi foto).

Sono state misurate frazioni simili in diversi intervalli di molteplicità di particelle cariche, suggerendo una dipendenza dalla molteplicità assente o solo lieve. Ciò suggerisce un meccanismo di produzione simile per i quark charm e beauty in funzione della molteplicità.

L’eventuale influenza del meccanismo di adronizzazione è stata indagata confrontando le frazioni misurate di mesoni D non prompt con le previsioni basate su generatori di Monte Carlo come PYTHIA 8.

Si è osservata una buona accordo con diverse configurazioni di PYTHIA, con e senza l’inclusione del meccanismo di riconnessione del colore oltre l’approssimazione del colore dominante (CR-BLC), introdotto per descrivere la produzione di barioni charm nelle collisioni protone-protone.

Solo la configurazione CR-BLC “Modalità 3”, che prevede un aumento/diminuzione dell’adronizzazione nei barioni per i quark beauty ad alta molteplicità, è sfavorevole rispetto ai dati attuali.

Le misurazioni dei mesoni D non prompt rappresentano un importante test per i modelli di produzione e adronizzazione nei settori charm e beauty, aprendo la strada a future misurazioni di adroni beauty ricostruiti in modo esclusivo nelle collisioni protoni-protoni in funzione della molteplicità di particelle cariche.