[論文レビュー] Measurement of the J/$ψ$ polarization with respect to the event plane in Pb-Pb collisions at the LHC

Acharya, Shreyasi, Adamova, Dagmar+1030 more|arXiv (Cornell University)|Apr 21, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 2

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のPb–Pb衝突における、イベント平面に対するJ/ψの極化の最初の測定を報告する。急速度範囲 2.5 < y < 4 および3つのpT区間において、双ミュオン崩壊生成物の角度分布を分析した結果、低pTおよび中程度の中央度で最大3.9σの有意な横極化が観測され、これはクォーク–グルーオンプラズマ内での強い磁場や渦度の影響である可能性を示唆している。

ABSTRACT

We study the polarization of inclusive J/$ψ$ produced in Pb$-$Pb collisions at $\sqrt{s_{ m NN}}=5.02$ TeV at the LHC in the dimuon channel, via the measurement of the angular distribution of its decay products. We perform the study in the rapidity region $2.5

研究の動機と目的

• Pb–Pb衝突で生成されるクォーク–グルーオンプラズマ（QGP）がJ/ψの極化に与える影響を調査すること。
• QGP内での強い電磁場および流体の渦度が、クォーカニウムスピン整列に与える影響を解明すること。
• 反応平面の実験的代理指標としてのイベント平面を用いて、J/ψの極化を測定すること。
• QGPの力学と重いクォークonium状態におけるスピン依存効果を結びつける理論的予測を検証すること。
• QGP内での再生または物質効果が、charmoniaの極化をどのように変えるかを調査すること。

提案手法

• 双ミュオン崩壊チャンネルにおけるJ/ψのミューオン生成物の角度分布を測定する。
• 衝突における運動量の流れを用いてイベント平面を定義し、基準軸とする。
• 式 W(θ) ∝ 1 + λθ cos²θ を用いて、角度分布から極化パラメータ λθ を計算する。
• イベント平面を用いて反応平面に垂直な横方向を定義し、横極化の測定を可能にする。
• 3つのpT区間（2–4、4–6、6–10 GeV/c）および中央度クラスにわたり分析を実施する。
• モンテカルロシミュレーションおよびデータ駆動型技術を用いて、検出器効果の補正とバックグラウンド除去を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Pb–Pb衝突におけるイベント平面を基準に測定した場合、クォーク–グルーオンプラズマがJ/ψに測定可能な極化を誘導するか？
• RQ2 観測された極化は、Pb–Pb衝突の初期段階で生成された強い電磁場に起因するか？
• RQ3 QGPが回転流体としての性質を示す渦度が、J/ψの極化に影響を及ぼすか？
• RQ4 極化は横運動量および衝突中央度に依存するか？
• RQ5 再生効果や物質の修飾効果が、観測された極化にどの程度寄与しているか？

主な発見

• 低横運動量（2 < pT < 4 GeV/c）および中程度の中央度（20–40%）において、J/ψにわずかな横極化が観測され、有意水準は3.9σであった。
• 極化パラメータ λθ がゼロから逸脱していることが判明し、イベント平面に対して非等方的なスピン整列が示唆された。
• この効果は特に 2 < pT < 4 GeV/c 範囲で顕著であり、pTが高くなると弱まる傾向を示した。
• 最も中央度の高い衝突や外縁付近の衝突では顕著な極化は観測されず、これは中央度依存の物質効果を示唆している。
• 理論的モデルが予測する強い磁場またはQGP内の流体渦度と整合性がある。
• 本測定は、重イオン衝突におけるイベント平面に対するJ/ψ極化効果の最初の直接的証拠を提供している。