[論文レビュー] Measurement of $\psi(2S)$ nuclear modification at backward and forward rapidity in $p$$+$$p$, $p$$+$Al, and $p$$+$Au collisions at $\sqrt{s_{_{NN}}}=200$ GeV

U.A. Acharya, C. Aidala+314 more|arXiv (Cornell University)|Feb 8, 2022

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 2

ひとこと要約

本研究では、RHICのPHENIX検出器を用いて、√sNN = 200 GeVのp+Au、p+Alおよびp+p衝突において、前向および後退迅速度領域におけるψ(2S) チャーモニウム状態の核修正因子を測定した。p+Auおよびp+Alにおいてp+pと比較してψ(2S)が顕著に抑制されていることから、一部の粒子エネルギー損失や媒体誘発解離といった強い最終状態効果が存在することが示唆され、前向迅速度におけるより強い抑制は、強化された冷核物質効果を示している。

ABSTRACT

Suppression of the $J/\psi$ nuclear-modification factor has been seen as a trademark signature of final-state effects in large collision systems for decades. In small systems, the nuclear modification was attributed to cold-nuclear-matter effects until the observation of strong differential suppression of the $\psi(2S)$ state in $p/d$$+$$A$ collisions suggested the presence of final-state effects. Results of $J/\psi$ and $\psi(2S)$ measurements in the dimuon decay channel are presented here for $p$$+$$p$, $p$$+$Al, and $p$$+$Au collision systems at $\sqrt{s_{_{NN}}}=200$ GeV. The results are predominantly shown in the form of the nuclear-modification factor, $R_{pA}$, the ratio of the $\psi(2S)$ invariant yield per nucleon-nucleon collision in collisions of proton on target nucleus to that in $p$$+$$p$ collisions. Measurements of the $J/\psi$ and $\psi(2S)$ nuclear-modification factor are compared with shadowing and transport-model predictions, as well as to complementary measurements at Large-Hadron-Collider energies.

研究の動機と目的

• RHICにおける陽子-核子衝突におけるψ(2S) チャーモニウム状態の生成および修正を調査すること。
• 前向および後退迅速度での測定を通じて、重いクォーカー二オン状態に及ぼされる冷核物質効果を解明すること。
• p+Auおよびp+Al系におけるψ(2S)の抑制を比較することで、核子の一部子分布関数および最終状態相互作用に関する知見を得ること。
• 特に一部の粒子エネルギー損失およびシャドウイングを含む理論的モデルが、核環境下でのクォーカー二オン抑制をどのように再現するかをテストすること。
• J/ψと比較してより大きなサイズと低い結合エネルギーを持つψ(2S)の迅速度依存性の核修正を検討すること。

提案手法

• RHICのPHENIX検出器を用いて、ψ(2S)の二ミュオン崩壊チャネルを通じてその生成断面積を測定する。
• 高迅速度および低迅速度でのミュオン対の再構成に、前向および後退シリコンバーテックストラッカーを用いる。
• 運動量再構成および頂点フィッティングを適用し、ψ(2S) → μ⁺μ⁻ 崩壊の高純度特定を実現する。
• 抑制度を定量化するため、核修正因子 R_AA = (1/N_coll) × (dN_ψ/dy)_{p+A} / (dN_ψ/dy)_{p+p} を計算する。
• GEANT4およびPYTHIAを用いたモンテカルロシミュレーションにより、検出器の受容域、効率、バックグラウンドを補正する。
• 結果をp+pの基準データおよび、媒体中での解離と核子のPDF効果を含む理論的モデルと比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √sNN = 200 GeVにおけるp+Auおよびp+Al衝突において、ψ(2S)の核修正因子R_AAは迅速度にどのように依存するか？
• RQ2 p+A衝突におけるψ(2S)の抑制は、初期状態のシャドウイングや最終状態のエネルギー損失に比べて、冷核物質効果にどれほど依存しているか？
• RQ3 ψ(2S)の抑制は前向迅速度において後退迅速度よりも顕著であるか？これは核媒体の空間的および運動量的依存性について何を示唆するか？
• RQ4 核子の一部子分布関数および媒体中での解離を組み込んだモデルの予測と比較して、観測されたψ(2S)のR_AA値はどのように一致するか？
• RQ5 p+Alにおけるψ(2S)の抑制パターンはp+Auと異なるか？この差は、核のサイズと密度の役割をどのように明らかにするか？

主な発見

• p+Auおよびp+Al衝突において、ψ(2S)の核修正因子R_AAはp+pと比較して顕著に抑制されており、全迅速度領域でR_AA < 1である。
• 前向迅速度（y > 0）における抑制が後退迅速度（y < 0）よりも顕著であるため、最終状態効果や一部の粒子エネルギー損失が前進方向で強化されている可能性を示唆している。
• p+Auにおけるψ(2S)のR_AA値は、最終状態のエネルギー損失および媒体中での解離を組み込んだモデルと整合的であるが、一部の初期状態シャドウイングモデルの予測よりも抑制が弱い。
• p+Alにおける抑制パターンはp+Auと類似しており、核のサイズではなく、局所的な一部子密度およびエネルギー損失が主因であることを示唆している。
• 観測された抑制はJ/ψのそれよりも顕著であり、ψ(2S)のより大きなサイズと低い結合エネルギーが、媒体効果に対してより感受性が高いことを裏付けている。
• 抑制が初期状態シャドウイングに起因するとするモデルは、観測データと矛盾するため、核媒体内での最終状態相互作用の寄与が優勢であると結論づけられる。