[論文レビュー] Measurement of $\psi$(2S) production as a function of charged-particle pseudorapidity density in pp collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV and p-Pb collisions at $\sqrt{s_{ m NN}}$ = 8.16 TeV with ALICE at the LHC

ALICE Collaboration|arXiv (Cornell University)|Apr 21, 2022

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、LHCのALICEを用いて、√s = 13 TeVのpp衝突および√sNN = 8.16 TeVのp–Pb衝突において、荷電粒子の疑似連続密度を関数としてψ(2S)の生成を測定した。ψ(2S)の生成断面積は多重度とともに増加するが、ψ(2S)/J/ψ比はほぼ一定のままである。これは、両方のcharm中間子状態が類似した多重度依存性を示しており、小スケール系における最終状態相互作用を含むモデルを支持する。

ABSTRACT

Production of inclusive charmonia in pp collisions at center-of-mass energy of $\sqrt{s}$ = 13 TeV and p-Pb collisions at center-of-mass energy per nucleon pair of $\sqrt{s_{ m NN}}$ = 8.16 TeV is studied as a function of charged-particle pseudorapidity density with ALICE. Ground and excited charmonium states (J/$ψ$, $ψ$(2S)) are measured from their dimuon decays in the interval of rapidity in the center-of-mass frame $2.5 < y_{ m cms} < 4.0$ for pp collisions, and $2.03 < y_{ m cms} < 3.53$ and $-4.46 < y_{ m cms} < -2.96$ for p-Pb collisions. The charged-particle pseudorapidity density is measured around midrapidity ($|η|<1.0$). In pp collisions, the measured charged-particle multiplicity extends to about six times the average value, while in p-Pb collisions at forward (backward) rapidity a multiplicity corresponding to about three (four) times the average is reached. The $ψ$(2S) yield increases with the charged-particle pseudorapidity density. The ratio of $ψ$(2S) over J/$ψ$ yield does not show a significant multiplicity dependence in either colliding system, suggesting a similar behavior of J/$ψ$ and $ψ$(2S) yields with respect to charged-particle pseudorapidity density. Results for the $ψ$(2S) yield and its ratio with respect to J/$ψ$ agree with available model calculations.

研究の動機と目的

• 小ハドロン系におけるψ(2S)生成の多重度依存性を調査し、最終状態相互作用を解明する。
• ppおよびp–Pb衝突における荷電粒子の疑似連続密度を関数としてψ(2S)およびJ/ψの生成断面積を比較する。
• 励起状態のcharm中間子の観測された挙動が、最終状態効果を含むモデルまたは初期状態の核物質効果を含むモデルと整合するかを検証する。
• QGP生成が予想されない小スケール系を用いて、クォーカー中間子の抑制を理解するためのベースラインを提供する。
• さまざまな多重度領域における励起状態と基底状態の比を測定することで、クォーカー中間子生成の理論的モデルを制約する。

提案手法

• 中心系運動量の迅速度範囲 2.5 < ycms < 4.0（pp）および 2.03 < ycms < 3.53、−4.46 < ycms < −2.96（p–Pb）において、ψ(2S)およびJ/ψの二ミュオン崩壊を介した包含的生成断面積を測定する。
• 中間迅速度領域（|η| < 1.0）における荷電粒子の疑似連続密度を、多重度の代理指標として決定する。
• 中間迅速度密度を用いて、ppでは平均値の6倍まで、p–Pbでは前方向／後方向でそれぞれ平均値の4倍までにイベントを多重度ビンに分類する。
• モンテカルロシミュレーションおよびデータ駆動型手法を用いて、検出器の効率および受容域補正を行う。
• 各多重度ビンにおけるψ(2S)およびJ/ψの生成断面積を、二ミュオン質量スペクトルのフィッティングにより抽出する。
• 多重度ビンごとのψ(2S)/J/ψ比を比較し、励起状態が基底状態よりも多重度に敏感であるかどうかを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √s = 13 TeVのpp衝突において、荷電粒子の疑似連続密度が増加するに従い、ψ(2S)の生成断面積はどのように変化するか？
• RQ2 √sNN = 8.16 TeVのp–Pb衝突において、特に前方向および後方向迅速度領域で、ψ(2S)生成は多重度にどのように依存するか？
• RQ3 ppまたはp–Pb衝突において、ψ(2S)とJ/ψの生成断面積比に、多重度依存性が顕著に見られるか？
• RQ4 観測された傾向は、最終状態相互作用または初期状態の核効果を含む理論的モデルと整合するか？
• RQ5 多重度依存する生成断面積の傾向は、小ハドロン系における最終状態相互作用の役割について何を示唆するか？

主な発見

• ppおよびp–Pb衝突の両方において、ψ(2S)の生成断面積は荷電粒子の疑似連続密度の増加とともに増加しており、イベント多重度と正の相関があることが示された。
• pp衝突では、多重度範囲が平均最小バイアス値のおよそ6倍まで拡張されており、ψ(2S)の生成断面積はその増加に伴い単調に増加した。
• p–Pb衝突では、前方向（後方向）の迅速度領域で、多重度が平均値のおよそ3（4）倍に達しており、それに応じてψ(2S)の生成断面積も増加した。
• ppおよびp–Pb衝突の両方において、全多重度ビンでψ(2S)/J/ψ生成断面積比がほぼ一定であり、顕著な多重度依存性は認められなかった。
• 観測されたψ(2S)生成断面積およびそのJ/ψ比は、最終状態相互作用を含む理論的モデル計算と良好に一致した。
• ψ(2S)/J/ψ比の一定性は、両状態が同様の力学的要因に反応していることを示しており、初期状態の核物質効果ではなく、最終状態効果によって駆動される共通の多重度依存性を支持する。