[論文レビュー] Charmonium production in $p$Ne collisions at $\sqrt{s_{ m NN}}=68.5$ GeV

LHCb collaboration, Aaij, R.+1041 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、固定標的にしてLHCb実験が実施したpNe衝突において、√sNN = 68.5 GeVでチャロンニウム生成の最初の測定を報告する。y∗ ∈ [−2.29, 0] 範囲でJ/ψ生成断面積が506 ± 8 ± 46 nb/nucleonであり、ψ(2S)/J/ψ相対生成率が(1.67 ± 0.27 ± 0.10)%と測定され、他の測定結果と整合的であり、寒冷核物質効果およびcharmクォークのハドロン化に関する重要な知見を提供する。

ABSTRACT

The measurement of charmonium states produced in proton-neon ($p$Ne) collisions by the LHCb experiment in its fixed-target configuration is presented. The production of $J/ψ$ and $ψ(2S)$ mesons is studied with a beam of 2.5 TeV protons colliding on gaseous neon targets at rest, corresponding to a nucleon-nucleon centre-of-mass energy $\sqrt{s_{ m NN}}=68.5$ GeV. The data sample corresponds to an integrated luminosity of $21.7\pm 1.4 $ nb$^{-1}$. The $J/ψ$ and $ψ(2S)$ hadrons are reconstructed in $μ^+μ^-$ final states. The $J/ψ$ production cross-section per target nucleon in the centre-of-mass rapidity range $y^{*}\in [-2.29, 0]$ is found to be $506 \pm 8 \pm 25 extrm{ nb/nucleon}$. The $ψ(2S)$ to $J/ψ$ relative production rate is found to be $(1.67 \pm 0.27\pm 0.10)\%$ in good agreement with other measurements involving beam and target nuclei of similar sizes.

研究の動機と目的

• √sNN = 68.5 GeVにおけるプロトン-ネオン衝突でのチャロンニウム生成を研究し、シャドウイング、吸収、エネルギー損失といった寒冷核物質(CNM)効果を解明する。
• 固定標的モードでLHCb検出器を用いて、前方速さ領域におけるJ/ψおよびψ(2S)生成断面積を測定する。
• チャロンニウム生成率とD0メソン生成率を比較し、全体的なcharmクォークのハドロン化効率を評価する。
• プロトン-核子衝突におけるチャロンニウム生成の理論的モデルのベンチマークを提供する。
• 軽い核子標的において、低√sNN領域へのチャロンニウム測定の運動量的カバー範囲を拡大する。

提案手法

• LHCb実験は、静止状態の気体ネオン標的に2.5 TeVプロトンを衝突させる固定標的モードで運用された。
• SMOGシステムにより、低圧ネオンガスをビーム管に注入し、ビーム交差を回避したプロトン-ネオン衝突を可能にした。
• ミューオン識別および頂点再構成を用いて、μ+μ−崩壊モードでJ/ψおよびψ(2S)メソンを再構成した。
• オフライン選別では、少なくとも4本のトラックを有する一次頂点、pT > 500 MeV/cの良好に識別された2つのミューオン、およびバックグラウンド抑制のためのインヴァリアント質量カットを要件とした。
• フィデューシャル受容域は2.0 < y < 4.29およびpT < 8 GeV/cであり、検出器効率および受容域補正を適用した。
• データサンプルは、非交差ビーム配置で得られた、21.7 ± 1.4 nb−1の統合光度に対応する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √sNN = 68.5 GeVにおけるpNe衝突でのチャロンニウム生成は、プロトン-プロトン基準と比べてどう異なるか。これにより寒冷核物質効果はどのような情報を示すか？
• RQ2 中心系質量速さ領域y∗ ∈ [−2.29, 0]におけるJ/ψメソンの標的核子あたりの絶対生成断面積は何か？
• RQ3 この運動量的領域におけるψ(2S)対J/ψの相対生成率は何か。他の測定結果と比較するとどうなるか？
• RQ4 J/ψ対D0断面積比は、charmクォークのフラグメンテーションおよびハドロン化にどのように関連するか？
• RQ5 ネオンのような軽い核において、シャドウイングや吸収といった核効果が、チャロンニウム生成率にどの程度影響を与えるか？

主な発見

• y∗ ∈ [−2.29, 0] 範囲における標的核子あたりのJ/ψ生成断面積は506 ± 8 ± 46 nb/nucleonと測定された。
• J/ψ対D0メソン生成断面積比は(1.06 ± 0.02 ± 0.09)%と求められた。
• 同じ運動量的範囲でψ(2S)対J/ψの相対生成率は(1.67 ± 0.27 ± 0.10)%と測定された。
• ψ(2S)/J/ψ比は、同様の標的質量を持つ他のプロトン-核子系での測定結果と整合的であり、顕著な増強または抑制は認められない。
• 本測定は、低√sNNと軽い核子標的において新たなデータポイントを提供し、寒冷核物質効果研究のカバー範囲を向上させた。
• 結果は、このエネルギー領域におけるチャロンニウム生成が、強い最終状態核効果よりも、初期状態効果およびハドロン化ダイナミクスに支配されているという解釈を支持する。