[論文レビュー] Photoproduction of low-$p_{ m T}$ J/$\psi$ from peripheral to central Pb$-$Pb collisions at 5.02 TeV

ALICE Collaboration|arXiv (Cornell University)|Apr 22, 2022

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 55被引用数 1

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衝突において、非常に低い横動量（pT < 0.3 GeV/c）でのJ/ψメソンのコherent光生成を測定した。外的寄与を上回るJ/ψ生成断面積の顕著な過剰が、外的から中央付近の衝突（最大10%の中央度）で確認され、30–50%、50–70%、70–90%の中央度範囲で5σを超える有意性を示しており、非超外的ハドロン衝突におけるコherent光生成の強力な証拠を提供している。

ABSTRACT

An excess of J/$ψ$ yield at very low transverse momentum ($p_{ m T} &lt; 0.3$ GeV/$c$), originating from coherent photoproduction, is observed in peripheral and semicentral hadronic Pb$-$Pb collisions at a center-of-mass energy per nucleon pair of $\sqrt{s_{ m NN}} = 5.02$ TeV. The measurement is performed with the ALICE detector via the dimuon decay channel at forward rapidity ($2.5

研究の動機と目的

• 非常に低い横動量（pT < 0.3 GeV/c）における、√sNN = 5.02 TeVの外的および準中央Pb–Pb衝突における、予期しないほど大きなJ/ψ生成断面積の起源を調査すること。
• 2.76 TeVのデータで提案されたコherent光生成が、より中央度の高い衝突でも継続的かつ有意であるかどうかを特定すること。
• 衝突中央度に従って、核修正係数およびコherent光生成断面積を10%の最も中央度の高い衝突まで測定すること。
• 理論的モデルと√sNN = 2.76 TeVでの以前の測定結果とを比較し、低Bjorken-xにおける核のグルーオン分布の挙動を解明すること。

提案手法

• LHCのALICE検出器は、√sNN = 5.02 TeVのPb–Pb衝突からデータを収集し、前方速さ（2.5 < y < 4）におけるJ/ψメソンの二ミュオン崩壊チャネルに注目する。
• 背景およびハドロン的寄与を抑制するために、運動学的およびトポロジカルな基準を用いて低pTのJ/ψ候補を選別する。
• 二重スケーリングからの逸脱を定量化するために、中央度およびpTに依存する核修正係数（RAA）を計算し、特にpT < 0.3 GeV/cに注目する。
• 低pT領域における観測されたJ/ψ生成断面積を、ハドロン的相互作用および冷核物質効果の予想値と比較することで、コherent光生成断面積を抽出する。
• 多重度に基づく中央度推定法を用いて、10%の最も中央度の高い衝突まで中央度依存性を検討する。
• 理論的モデルを用いてデータを解釈し、有効な光子フラックスおよび幾何的および媒体効果を考慮した修正された核の光生成断面積を含む。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √sNN = 5.02 TeVのPb–Pb衝突において、非常に低いpT（pT < 0.3 GeV/c）でのJ/ψのコherent光生成が、外的から中央付近の広い中央度範囲（中央度の高い衝突を含む）で支配的であるかどうか。
• RQ2 ハドロン的生成メカニズムを上回る観測されたJ/ψ過剰の有意性と中央度依存性は何か。
• RQ3 コherent光生成断面積は中央度にどのように依存するか。また、これにより、コherently相互作用する核の有効体積の大きさについて何を示唆するか。
• RQ4 ハドロン衝突における光子–核相互作用の理論的モデルが、観測されたデータをどの程度再現できるか。
• RQ5 低pTのJ/ψ過剰は、一貫してコherent光生成によって説明可能であるか。また、核の重なりが顕著な衝突においてもその現象は持続するか。

主な発見

• √sNN = 5.02 TeVの外的および準中央Pb–Pb衝突において、pT < 0.3 GeV/cのJ/ψ生成断面積に顕著な過剰が観測され、30–50%、50–70%、70–90%の中央度範囲で5σを超える有意性を示した。
• 非常に低いpTにおける核修正係数（RAA）は、二重スケーリングを上回る明確な増幅を示しており、J/ψ生成断面積の非ハドロン的起源を示唆している。
• コherent光生成断面積は中央度に依存する関数として測定され、以前の2.76 TeVでの測定結果を5.02 TeVに拡張し、10%の最も中央度の高い衝突まで到達した。
• 結果は、核の重なりを伴うハドロン衝突においてもコherent光生成が存在することを確認しており、このような過程が超外的衝突に限定されるという仮定に反する。
• 有効な光子フラックスおよび修正された核断面積を含む理論的モデルとデータは整合しており、コherent光生成が低pTのJ/ψ過剰に果たす役割を支持している。
• これらの発見は、測定が困難な低Bjorken-x（x ∼10−5から10−2）における核のグルーオン分布について、新たな制約を提供している。