Journal Article GSI-2023-00112

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Prompt D$^{0}$, D$^{+}$, and D$^{*+}$ production in Pb–Pb collisions at $ \sqrt{s_{\mathrm{NN}}} $ = 5.02 TeV

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2022
SISSA [Trieste]

Journal of high energy physics 01(1), 174 () [10.1007/JHEP01(2022)174]

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Report No.: CERN-EP-2021-213; arXiv:2110.09420

Abstract: The production of prompt D$^{0}$, D$^{+}$, and D$^{*+}$ mesons was measured at midrapidity (|y| < 0.5) in Pb–Pb collisions at the centre-of-mass energy per nucleon–nucleon pair $ \sqrt{s_{\mathrm{NN}}} $ = 5.02 TeV with the ALICE detector at the LHC. The D mesons were reconstructed via their hadronic decay channels and their production yields were measured in central (0–10%) and semicentral (30–50%) collisions. The measurement was performed up to a transverse momentum (p$_{T}$) of 36 or 50 GeV/c depending on the D meson species and the centrality interval. For the first time in Pb–Pb collisions at the LHC, the yield of D$^{0}$ mesons was measured down to p$_{T}$ = 0, which allowed a model-independent determination of the p$_{T}$-integrated yield per unit of rapidity (dN/dy). A maximum suppression by a factor 5 and 2.5 was observed with the nuclear modification factor (R$_{AA}$) of prompt D mesons at p$_{T}$ = 6–8 GeV/c for the 0–10% and 30–50% centrality classes, respectively. The D-meson R$_{AA}$ is compared with that of charged pions, charged hadrons, and J/ψ mesons as well as with theoretical predictions. The analysis of the agreement between the measured R$_{AA}$, elliptic (v$_{2}$) and triangular (v$_{3}$) flow, and the model predictions allowed us to constrain the charm spatial diffusion coefficient D$_{s}$. Furthermore the comparison of R$_{AA}$ and v$_{2}$ with different implementations of the same models provides an important insight into the role of radiative energy loss as well as charm quark recombination in the hadronisation mechanisms.

Keyword(s): D0: production ; D+: production ; heavy ion: scattering ; D*(2010)+ ; quark: recombination ; CERN LHC Coll ; diffusion ; energy loss ; hadronic decay ; flow ; ALICE ; transverse momentum ; triangulation ; rapidity ; suppression ; hadronization ; experimental results ; 5020 GeV-cms/nucleon ; Lepton-Nucleon Scattering (experiments)

Classification:

Note: 42 pages, 13 captioned figures, 5 tables, authors from page 37, published version, figures at http://alice-publications.web.cern.ch/node/7432SCOAP3 ccby4.0

Contributing Institute(s):
  1. ALICE (ALI)
  2. Detektorlabor (DTL)
  3. IT (CIT)
  4. ExtreMe Matter Institute, EMMI (EXM)
  5. Collaboration CERN: ALICE (ALICE@CERN)
Research Program(s):
  1. 612 - Cosmic Matter in the Laboratory (POF4-612) (POF4-612)
  2. HGS-HIRe - HGS-HIRe for FAIR (HGS-HIRe) (HGS-HIRe)
  3. SUC-GSI-Heidelberg - Strategic university cooperation GSI-U Heidelberg (SUC-GSI-HE) (SUC-GSI-HE)
  4. SUC-GSI-Frankfurt - Strategic university cooperation GSI-U Frankfurt/M (SUC-GSI-FR) (SUC-GSI-FR)
  5. SUC-GSI-Darmstadt - Strategic university cooperation GSI-TU Darmstadt (SUC-GSI-DA) (SUC-GSI-DA)
Experiment(s):
  1. LHC: ALICE

Appears in the scientific report 2022
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Prompt D$^{0}$, D$^{+}$, and D$^{*+}$ production in Pb-Pb collisions at $\sqrt{s_{\rm NN}}$ = 5.02 TeV
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