[論文レビュー] $ψ(2S)$ suppression in Pb-Pb collisions at the LHC

ALICE Collaboration|arXiv (Cornell University)|Oct 17, 2022

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 47被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、LHCのALICE検出器を用いて、√sNN = 5.02 TeVのPb–Pb衝突において、前方ラピディティ（2.5 < y < 4）でゼロの横運動量までにわたるψ(2S) チャーミウム状態の生成を初めて観測した。Pb–Pb衝突において、J/ψに対してψ(2S)が約2倍の抑制が見られ、核修飾因子RAAはpp衝突と比較して最大で約3倍の抑制を示しており、これはクォーク–グルーオンプラズマの性質およびチャーミウム再結合ダイナミクスに関する重要な制約を提供する。

ABSTRACT

The production of the $ψ(2S)$ charmonium state was measured with ALICE in Pb-Pb collisions at $\sqrt{s_{NN}}$= 5.02 TeV, in the dimuon decay channel. A significant signal was observed for the first time at LHC energies down to zero transverse momentum, at forward rapidity $(2.5

研究の動機と目的

• √sNN = 5.02 TeVのPb–Pb衝突において、前方ラピディティ（2.5 < y < 4）で横運動量ゼロまでにわたる包括的ψ(2S)生成を測定すること。
• 中心性およびpTの関数として、二重比 [σψ(2S)/σJ/ψ]Pb−Pb/[σψ(2S)/σJ/ψ]pp を決定し、核媒体効果を分離すること。
• 中心性およびpTの関数としてψ(2S)核修飾因子RAAを抽出し、クォーク–グルーオンプラズマ内での抑制を定量すること。
• SPSのNA50データおよびLHCの高pT測定結果と比較し、重イオン衝突におけるチャーミウム生成の輸送モデルおよび統計的ハドロン化モデル（SHMc）を検証すること。

提案手法

• ψ(2S)の二ミュオン崩壊チャネルが、ALICE検出器の前方ミュオンスペクロメータを用いて測定された。
• イベントは、最小バイアス信号とミュオンスペクロメータ内での反対電荷ミュオンペアの一致によるトリガーが行われた。
• 中心性は、V0シンチレーションアレイにおけるエネルギー損失から決定され、衝突する核の幾何的重なりと相関した。
• 非媒体効果を抑制するため、断面積の二重比 [σψ(2S)/σJ/ψ]Pb−Pb/[σψ(2S)/σJ/ψ]pp が計算された。
• ψ(2S)のRAAは、Pb–Pb衝突におけるψ(2S)収率と、pp断面積および平均核厚さ関数⟨TAA⟩の積との比として計算された。
• データは2015年および2018年において収集され、統合されたフルエンスは約750 µb⁻¹に相当する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √sNN = 5.02 TeVのPb–Pb衝突において、pp衝突と比較してψ(2S)チャーミウム状態はどの程度抑制されているのか。また、中心性および横運動量pTに応じてその抑制はどのように変化するか。
• RQ2 二重比 [σψ(2S)/σJ/ψ]Pb−Pb/[σψ(2S)/σJ/ψ]pp は中心性およびpTに応じてどのように変化し、クォーク–グルーオンプラズマ内での役割を何を示唆するか。
• RQ3 ψ(2S)核修飾因子RAAの大きさは何か。また、J/ψ RAAおよび低エネルギー域での以前の測定結果と比較するとどうなるか。
• RQ4 観測されたψ(2S)抑制パターンは、輸送モデルおよび統計的ハドロン化モデル（SHMc）の予測とどのように一致するか。
• RQ5 ψ(2S)の抑制パターンは、クォーク–グルーオンプラズマ内での逐次的解体または再結合効果を支持するか。

主な発見

• √sNN = 5.02 TeVのPb–Pb衝突において、前方ラピディティ領域（2.5 < y < 4）で横運動量ゼロまでにわたるψ(2S)の顕著な信号が観測された。
• 二重比 [σψ(2S)/σJ/ψ]Pb−Pb/[σψ(2S)/σJ/ψ]pp は、Pb–Pb衝突においてψ(2S)がJ/ψに対して約2倍の抑制を示していることを示している。
• ψ(2S)核修飾因子RAAは、pp衝突と比較して最大で約3倍の抑制を示しており、中心的衝突でより強い抑制が観測された。
• 結果は、ψ(2S)がJ/ψよりも低い結合エネルギーを持つことから、クォーク–グルーオンプラズマ内での逐次的解体と整合的である。
• 測定された断面積比は、以前のSPSのNA50データと一致しており、エネルギースケールを越えて抑制パターンが一貫していることを支持する。
• 低pT領域におけるRAAの結果は、再結合効果が最も顕著に現れる運動量領域へのLHC測定カバー範囲を拡張した。