[論文レビュー] Energy dependence of coherent photonuclear production of J/$ψ$ mesons in ultra-peripheral Pb-Pb collisions at $\sqrt{s_{\mathrm{NN}}}$=5.02 TeV

Acharya, Shreyasi, Adamova, Dagmar+1057 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 87被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、ALICE検出器を用いて、√sNN = 5.02 TeVの超外部的Pb-Pb衝突におけるJ/ψメソンの共鳴光核反応のエネルギー依存性を初めて測定した。5つの迅速度領域でJ/ψ生成を分析し、電磁的崩壊（EMD）を伴う・伴わないイベントを分離することで、中心座標系エネルギーの広い範囲（17 < WγPb,n < 920 GeV）における光核反応断面積を抽出した。これにより、これまで未踏のエネルギー範囲でPb核のグルーオン分布に強い減少が観測され、高エネルギーQCD力学に関する新たな制約が得られた。

ABSTRACT

The cross section for coherent photonuclear production of J/ψ is presented as a function of the electromagnetic dissociation (EMD) of Pb. The measurement is performed with the ALICE detector in ultra-peripheral Pb-Pb collisions at a centre-of-mass energy per nucleon pair of $ \sqrt{{ extrm{s}}_{ extrm{NN}}} $ = 5.02 TeV. Cross sections are presented in five different J/ψ rapidity ranges within |y| &lt; 4, with the J/ψ reconstructed via its dilepton decay channels. In some events the J/ψ is not accompanied by EMD, while other events do produce neutrons from EMD at beam rapidities either in one or the other beam direction, or in both. The cross sections in a given rapidity range and for different configurations of neutrons from EMD allow for the extraction of the energy dependence of this process in the range 17 &lt; W$_{γ Pb,n}$ &lt; 920 GeV, where W$_{γ Pb,n}$ is the centre-of-mass energy per nucleon of the γPb system. This range corresponds to a Bjorken-x interval spanning about three orders of magnitude: 1.1 × 10$^{−5}$ &lt; x &lt; 3.3 × 10$^{−2}$. In addition to the ultra-peripheral and photonuclear cross sections, the nuclear suppression factor is obtained. These measurements point to a strong depletion of the gluon distribution in Pb nuclei over a broad, previously unexplored, energy range. These results, together with previous ALICE measurements, provide unprecedented information to probe quantum chromodynamics at high energies.

研究の動機と目的

• √sNN = 5.02 TeVにおける超外部的Pb-Pb衝突でのJ/ψメソンの共鳴光核反応のエネルギー依存性を測定すること。
• これまで実験的に未踏であった低Bjorken-x領域（1.1 × 10−5 < x < 3.3 × 10−2）におけるPb核内のグルーオン分布を調べること。
• 電磁的崩壊（EMD）を伴う・伴わないイベントを分離することで、WγPb,nの広い範囲にわたるσγPbの光核断面積を抽出すること。
• 核抑制係数を決定し、重イオン衝突における核のシャドウイングおよび飽和効果の影響を評価すること。

提案手法

• ALICE検出器を用いて、√sNN = 5.02 TeVの超外部的Pb-Pb衝突において、双レプトン崩壊チャネル（e+e− または μ+μ−）を通じたJ/ψの共鳴生成を測定する。
• |y| < 4の5つの迅速度ビンにわたりJ/ψメソンを再構築し、異なるWγPb,n値にアクセスする。
• ビームの迅速度における中性子の検出により、電磁的崩壊（EMD）を伴う・伴わないイベントを区別し、異なるγPb中心座標系エネルギーにおける光核反応を分離可能にする。
• 等価光子近似を用い、迅速度と衝突パラメータに依存する光子フラックスnγ(y, {b})をモデル化し、迅速度とWγPb,nを結びつける。
• 二成分式 dσPbPb/dy = nγ(y)σγPb(y) + nγ(−y)σγPb(−y) を用いて、測定されたUPC断面積からσγPb(y)を抽出する。
• 検出器効率、受容領域、バックグラウンドの補正を施し、核抑制係数SγPb = σγPb / (A × σγp) を計算することで、核効果を定量化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 17–920 GeVのWγPb,n範囲において、Pb-Pb超外部的衝突における共鳴J/ψ光生成のエネルギー依存性は何か？
• RQ2 J/ψ生成によってプローブされる低Bjorken-x値（1.1 × 10−5 < x < 3.3 × 10−2）におけるPb核内のグルーオン分布はどのように進化するか？
• RQ3 観測されたJ/ψ生成の抑制は、グルーオン分布における核のシャドウイングまたは飽和効果に起因する程度はどの程度か？
• RQ4 測定された断面積は、微小QCDおよび飽和モデルに基づく理論予測とどのように一致するか？

主な発見

• 光核断面積σγPbは、|y| < 4の5つの迅速度ビンにわたり測定され、WγPb,n範囲は17から920 GeVにわたる。
• σγPbのエネルギー依存性が、これまでにない広いWγPb,n範囲で初めて抽出され、低xにおけるPb核のグルーオン分布に強い減少が観測された。
• 測定された断面積は、非共鳴pp基準に対して顕著に抑制されており、核抑制係数SγPbはPb核の低xにおけるグルーオン密度の強い変更を示している。
• データは飽和モデルと整合しており、重い核におけるグルーオン飽和効果が、陽子よりも低いエネルギー（高いx）で発現していることを示唆しており、おおよそA1/3のスケーリングに従う。
• 本研究は、従来のALICE測定を新たなエネルギー領域に拡張し、重い核におけるグルーオン分布のエネルギー的進化に関する、前例のない制約を提供した。
• 本研究は、特にグルーオン飽和および核のシャドウイングの文脈において、J/ψ光生成が高エネルギーQCDの挙動に敏感であることを確認した。