Measurements of $D^{0}$ and $D^{*}$ Production in $p$ + $p$ Collisions at $\sqrt{s}$ = 200 GeV
STAR Collaboration, L. Adamczyk, G. Agakishiev, M. M. Aggarwal, Z. Ahammed, A. V. Alakhverdyants, I. Alekseev, J. Alford, B. D. Anderson, C. D. Anson, D. Arkhipkin, E. Aschenauer, G. S. Averichev, J. Balewski, A. Banerjee, Z. Barnovska, D. R. Beavis, R. Bellwied, M. J. Betancourt, R. R. Betts, A. Bhasin, A. K. Bhati, H. Bichsel, J. Bielcik, J. Bielcikova, L. C. Bland, I. G. Bordyuzhin, W. Borowski, J. Bouchet, A. V. Brandin, S. G. Brovko, E. Bruna, S. Bültmann, I. Bunzarov, T. P. Burton, J. Butterworth, X. Z. Cai, H. Caines, M. Calderón de la Barca Sánchez, D. Cebra, R. Cendejas, M. C. Cervantes, P. Chaloupka, Z. Chang, S. Chattopadhyay, H. F. Chen, J. H. Chen, J. Y. Chen, L. Chen, J. Cheng, M. Cherney, A. Chikanian, W. Christie, P. Chung, J. Chwastowski, M. J. M. Codrington, R. Corliss, J. G. Cramer, H. J. Crawford, X. Cui, A. Davila Leyva, L. C. De Silva, R. R. Debbe, T. G. Dedovich, J. Deng, R. Derradi de Souza, S. Dhamija, L. Didenko, F. Ding, A. Dion, P. Djawotho, X. Dong, J. L. Drachenberg, J. E. Draper, C. M. Du, L. E. Dunkelberger, J. C. Dunlop, L. G. Efimov, M. Elnimr, J. Engelage, G. Eppley, L. Eun, O. Evdokimov, R. Fatemi, S. Fazio, J. Fedorisin, R. G. Fersch, P. Filip, E. Finch, Y. Fisyak, C. A. Gagliardi, D. R. Gangadharan, F. Geurts, A. Gibson, S. Gliske, Y. N. Gorbunov, O. G. Grebenyuk, D. Grosnick, S. Gupta, W. Guryn, B. Haag, O. Hajkova, A. Hamed, L-X. Han, J. W. Harris, J. P. Hays-Wehle, S. Heppelmann, A. Hirsch, G. W. Hoffmann, D. J. Hofman, S. Horvat, B. Huang, H. Z. Huang, P. Huck, T. J. Humanic, L. Huo, G. Igo, W. W. Jacobs, C. Jena, J. Joseph, E. G. Judd, S. Kabana, K. Kang, J. Kapitan, K. Kauder, H. W. Ke, D. Keane, A. Kechechyan, A. Kesich, D. Kettler, D. P. Kikola, J. Kiryluk, I. Kisel, A. Kisiel, V. Kizka, S. R. Klein, D. D. Koetke, T. Kollegger, J. Konzer, I. Koralt, L. Koroleva, W. Korsch, L. Kotchenda, P. Kravtsov, K. Krueger, L. Kumar, M. A. C. Lamont, J. M. Landgraf, S. LaPointe, J. Lauret, A. Lebedev, R. Lednicky, J. H. Lee, W. Leight, M. J. LeVine, C. Li, L. Li, W. Li, X. Li, X. Li, Y. Li, Z. M. Li, L. M. Lima, M. A. Lisa, F. Liu, T. Ljubicic, W. J. Llope, R. S. Longacre, Y. Lu, X. Luo, A. Luszczak, G. L. Ma, Y. G. Ma, D. M. M. D. Madagodagettige Don, D. P. Mahapatra, R. Majka, O. I. Mall, S. Margetis, C. Markert, H. Masui, H. S. Matis, D. McDonald, T. S. McShane, S. Mioduszewski, M. K. Mitrovski, Y. Mohammed, B. Mohanty, M. M. Mondal, B. Morozov, M. G. Munhoz, M. K. Mustafa, M. Naglis, B. K. Nandi, Md. Nasim, T. K. Nayak, J. M. Nelson, L. V. Nogach, J. Novak, G. Odyniec, A. Ogawa, K. Oh, A. Ohlson, V. Okorokov, E. W. Oldag, R. A. N. Oliveira, D. Olson, P. Ostrowski, M. Pachr, B. S. Page, S. K. Pal, Y. X. Pan, Y. Pandit, Y. Panebratsev, T. Pawlak, B. Pawlik, H. Pei, C. Perkins, W. Peryt, P. Pile, M. Planinic, J. Pluta, D. Plyku, N. Poljak, J. Porter, A. M. Poskanzer, C. B. Powell, D. Prindle, C. Pruneau, N. K. Pruthi, M. Przybycien, P. R. Pujahari, J. Putschke, H. Qiu, R. Raniwala, S. Raniwala, R. L. Ray, R. Redwine, R. Reed, C. K. Riley, H. G. Ritter, J. B. Roberts, O. V. Rogachevskiy, J. L. Romero, J. F. Ross, L. Ruan, J. Rusnak, N. R. Sahoo, I. Sakrejda, S. Salur, A. Sandacz, J. Sandweiss, E. Sangaline, A. Sarkar, J. Schambach, R. P. Scharenberg, A. M. Schmah, B. Schmidke, N. Schmitz, T. R. Schuster, J. Seele, J. Seger, P. Seyboth, N. Shah, E. Shahaliev, M. Shao, B. Sharma, M. Sharma, S. S. Shi, Q. Y. Shou, E. P. Sichtermann, R. N. Singaraju, M. J. Skoby, D. Smirnov, N. Smirnov, D. Solanki, P. Sorensen, U. G. deSouza, H. M. Spinka, B. Srivastava, T. D. S. Stanislaus, S. G. Steadman, J. R. Stevens, R. Stock, M. Strikhanov, B. Stringfellow, A. A. P. Suaide, M. C. Suarez, M. Sumbera, X. M. Sun, Y. Sun, Z. Sun, B. Surrow, D. N. Svirida, T. J. M. Symons, A. Szanto de Toledo, J. Takahashi, A. H. Tang, Z. Tang, L. H. Tarini, T. Tarnowsky, D. Thein, J. H. Thomas, J. Tian, A. R. Timmins, D. Tlusty, M. Tokarev, T. A. Trainor, S. Trentalange, R. E. Tribble, P. Tribedy, B. A. Trzeciak, O. D. Tsai, J. Turnau, T. Ullrich, D. G. Underwood, G. Van Buren, G. van Nieuwenhuizen, J. A. Vanfossen,, R. Varma, G. M. S. Vasconcelos, F. Videbæk, Y. P. Viyogi, S. Vokal, S. A. Voloshin, A. Vossen, M. Wada, F. Wang, G. Wang, H. Wang, J. S. Wang, Q. Wang, X. L. Wang, Y. Wang, G. Webb, J. C. Webb, G. D. Westfall, C. Whitten, H. Wieman, S. W. Wissink, R. Witt, W. Witzke, Y. F. Wu, Z. Xiao, W. Xie, K. Xin, H. Xu, N. Xu, Q. H. Xu, W. Xu, Y. Xu, Z. Xu, L. Xue, Y. Yang, Y. Yang, P. Yepes, Y. Yi, K. Yip, I-K. Yoo, M. Zawisza, H. Zbroszczyk, J. B. Zhang, S. Zhang, W. M. Zhang, X. P. Zhang, Y. Zhang, Z. P. Zhang, F. Zhao, J. Zhao, C. Zhong, X. Zhu, Y. H. Zhu, Y. Zoulkarneeva, M. Zyzak
TL;DR
This study measures D0 and D* production cross sections in p+p collisions at √s = 200 GeV with the STAR detector, reconstructing hadronic decays at mid-rapidity and correcting for detector acceptance, efficiency, and trigger/vertex biases. The resulting charm-pair cross section at y=0 is dσ/dy^{cĉ} = 170 ± 45 (stat)^{+38}_{-59} μb, and the total cc̄ cross section is σ_{cc̄} ≈ 797 μb, with results consistent with the upper bound of FONLL pQCD predictions. The pT-differential cross sections favor a PYTHIA tune with reduced primordial kT and weaker parton showering, while aligning with FONLL limits, thereby constraining heavy-flavor production models at RHIC energies. This work provides a crucial baseline for interpreting charm production in heavy-ion collisions and informs theoretical descriptions of charm production in hadronic collisions.
Abstract
We report measurements of charmed-hadron ($D^{0}$, $D^{*}$) production cross sections at mid-rapidity in $p$ + $p$ collisions at a center-of-mass energy of 200 GeV by the STAR experiment. Charmed hadrons were reconstructed via the hadronic decays $D^{0}\rightarrow K^{-}π^{+}$, $D^{*+}\rightarrow D^{0}π^{+}\rightarrow K^{-}π^{+}π^{+}$ and their charge conjugates, covering the $p_T$ range of 0.6$-$2.0 GeV/$c$ and 2.0$-$6.0 GeV/$c$ for $D^{0}$ and $D^{*+}$, respectively. From this analysis, the charm-pair production cross section at mid-rapidity is $dσ/dy|_{y=0}^{c\bar{c}}$ = 170 $\pm$ 45 (stat.) $^{+38}_{-59}$ (sys.) $μ$b. The extracted charm-pair cross section is compared to perturbative QCD calculations. The transverse momentum differential cross section is found to be consistent with the upper bound of a Fixed-Order Next-to-Leading Logarithm calculation.
