Journal Article GSI-2023-00138

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Measurement of prompt $D_s^+$-meson production and azimuthal anisotropy in Pb–Pb collisions at $\sqrt {s_{NN}}$ = 5.02TeV

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2022
North-Holland Publ. Amsterdam

Physics letters / B 827, 136986 () [10.1016/j.physletb.2022.136986]

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Report No.: CERN-EP-2021-187; arXiv:2110.10006

Abstract: The production yield and angular anisotropy of prompt $D_s^+$ mesons were measured as a function of transverse momentum (p$_T$) in Pb–Pb collisions at a centre-of-mass energy per nucleon pair $\sqrt {s_{NN}}$ = 5.02TeV collected with the ALICE detector at the LHC. $D_s^+$ mesons and their charge conjugates were reconstructed at midrapidity (|y|<0.5) from their hadronic decay channel $D_s^+$ → ϕπ$^+$, with ϕ→K$^−$K$^+$, in the p$_T$ intervals 2 < p$_T$ < 50GeV/c and 2 < p$_T$ < 36GeV/c for the 0–10% and 30–50% centrality intervals. For p$_T$ > 10GeV/c, the measured $D_s^+$-meson nuclear modification factor R$_{\rm AA}$ is consistent with the one of non-strange D mesons within uncertainties, while at lower p$_T$ a hint for a $D_s^+$-meson R$_{\rm AA}$ larger than that of non-strange D mesons is seen. The enhanced production of $D_s^+$ relative to non-strange D mesons is also studied by comparing the p$_T$-dependent $D_s^+$/$D^0$ production yield ratios in Pb–Pb and in pp collisions. The ratio measured in Pb–Pb collisions is found to be on average higher than that in pp collisions in the interval 2 < p$_T$ < 8 GeV/c with a significance of 2.3σ and 2.4σ for the 0–10% and 30–50% centrality intervals. The azimuthal anisotropy coefficient v$_2$ of prompt $D_s^+$ mesons was measured in Pb–Pb collisions in the 30–50% centrality interval and is found to be compatible with that of non-strange D mesons. The main features of the measured R$_{\rm AA}$, $D_s^+$/$D^0$ ratio, and v$_2$ as a function of p$_T$ are described by theoretical calculations of charm-quark transport in a hydrodynamically expanding quark–gluon plasma including hadronisation via charm-quark recombination with light quarks from the medium. The p$_T$-integrated production yield of $D_s^+$ mesons is compatible with the prediction of the statistical hadronisation model.

Keyword(s): D/s+: production ; heavy ion: scattering ; angular distribution: anisotropy ; hadronization: statistical ; hadronization: model ; p p: scattering ; yield: ratio ; quark gluon: plasma ; nucleon: pair ; recombination ; hadronic decay ; ALICE ; transverse momentum ; CERN LHC Coll ; hydrodynamics ; experimental results ; 5020 GeV-cms/nucleon

Classification:

Note: Phys. Lett. B 827 (2022) 136986. 29 pages, 7 captioned figures, 3 tables, authors from page 24, published version, figures at http://alice-publications.web.cern.ch/node/7446SCOAP3. This article is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License

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

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