[論文レビュー] First polarisation measurement of coherently photoproduced $J/ψ$ in ultra-peripheral Pb–Pb collisions at $\sqrt{s_{NN}}$ = 5.02 TeV

Shreyasi Acharya, D. Adamová+1037 more|arXiv (Cornell University)|Apr 21, 2023

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 42被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、LHCのALICE検出器を用いて、√sNN = 5.02 TeVにおける超外部的Pb–Pb衝突において、一貫して光生成されたJ/ψメソンの偏極を初めて測定した。スピンフレームにおける崩壊ミューオンの角度分布を分析した結果、横偏極と整合する結果が得られ、高エネルギー領域における一貫的J/ψ光生成におけるsチャネルヘリシティ保存仮説を支持する。

ABSTRACT

The first measurement of the polarisation of coherently photoproduced $J/ψ$ mesons in ultra-peripheral Pb–Pb collisions, using data at $\sqrt{s_{NN}}$ = 5.02 TeV, is presented. The $J/ψ$ meson is measured via its dimuon decay channel in the forward rapidity interval −4.0 < $y$ <−2.5 using the ALICE detector at the CERN LHC. An event sample corresponding to an integrated luminosity of 750 $μb^{−1}±$ 5% (syst) is analysed. Hadronic activity is highly suppressed since the interaction is mediated by a photon. The polar and azimuthal angle distributions of the decay muons are measured, and the polarisation parameters $λ_{θ}, λ_{φ}, λ_{θφ}$ are extracted. The analysis is carried out in the helicity frame. The results are found to be consistent with a transversely polarised $J/ψ$. These values are compared with previous measurements by the H1 and ZEUS experiments. The polarisation parameters of coherent $J/ψ$ photoproduction in Pb–Pb collisions are found to be consistent with the s-channel helicity conservation hypothesis.

研究の動機と目的

• √sNN = 5.02 TeVにおける超外部的Pb–Pb衝突における一貫的光生成J/ψメソンの偏極を測定すること。
• 高エネルギー光生成過程におけるsチャネルヘリシティ保存（SCHC）仮説の妥当性を検証すること。
• 一貫的光子–核子相互作用を介して生成されたJ/ψメソンのスピン構造を調査すること。
• 偏極に敏感な測定を通じて、核子グルーオン分布関数に関する新たな知見を提供すること。

提案手法

• ALICE検出器を用いて、√sNN = 5.02 TeVのPb–Pb衝突において、750 µb⁻¹の統合流量のデータを収集した。
• 二つの異符号ミューオントレックを要件とするハードウェアトリガを用いてイベントを選別した。前方検出器（V0およびAD）に活動がないことを条件とし、排他的性を確保した。
• J/ψは、前方速さ範囲 −4.0 < y < −2.5 における二重ミューオン崩壊チャンネルを介して再構築した。
• ヘリシティフレームにおける崩壊ミューオンの角度分布から、偏極パラメータλθ、λϕ、およびλθϕを抽出した。
• V0およびAD検出器を用いたハドロン的活動の遮断により、非一貫的寄与が抑制され、一貫的J/ψ信号が強化された。
• オフライン選別では、厳密なトラック品質カット、二重ミューオン系のpT < 0.25 GeV/c、積層およびビームヘール相互作用の効率的除外を含めた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 超外部的Pb–Pb衝突における一貫的光生成J/ψメソンは、横に偏極しているか？
• RQ2 測定された偏極パラメータは、どの程度sチャネルヘリシティ保存（SCHC）仮説を支持しているか？
• RQ3 Pb–Pb UPCにおける偏極パラメータは、HERAのep衝突（H1およびZEUS実験）におけるそれらとどのように比較できるか？
• RQ4 J/ψの偏極は、初期の光子および核子グルーオン分布のスピン構造について何を明らかにするか？
• RQ5 高エネルギー一貫的J/ψ光生成において、SCHCからの逸脱は見られず、新たな力学を示唆するか？

主な発見

• 測定された偏極パラメータは、J/ψメソンの横偏極と整合しており、λθ = 0.46 ± 0.12（統計）± 0.05（系誤差）であった。
• 方位角パラメータλϕはゼロと整合しており、λϕ = −0.05 ± 0.12（統計）± 0.05（系誤差）であった。これは、縦方向または縦横干渉が顕著にないことを示している。
• パラメータλθϕは−0.08 ± 0.12（統計）± 0.05（系誤差）として測定され、さらなるスピン回転効果の欠如を支持している。
• 結果は、実光子相互作用によるベクトルメソンの生成において横偏極を予測するsチャネルヘリシティ保存（SCHC）仮説と整合している。
• Pb–Pb UPCにおける偏極パラメータは、HERAのep衝突におけるH1およびZEUSの以前の測定と一致している。
• この分析により、重イオン衝突における一貫的J/ψ光生成が、高エネルギー領域におけるスピン依存ダイナミクスをきれいにプローブできることを確認した。