[논문 리뷰] $ψ(2S)$ suppression in Pb-Pb collisions at the LHC

ALICE Collaboration|arXiv (Cornell University)|2022. 10. 17.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 47인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 LHC의 ALICE 검출기를 사용하여 √sNN = 5.02 TeV에서의 Pb–Pb 충돌에서 전방 빠르기 영역(2.5 < y < 4)에서 영이하의 횡방향 운동량까지의 ψ(2S) 채르몬يوم 상태 생성을 처음으로 관측한다. Pb–Pb 충돌에서 J/ψ에 비해 ψ(2S)가 약 ∼2배 감소함을 보고하며, 핵물질 수정 인자 RAA는 pp 충돌에 비해 최대 ∼3배 감소함을 나타내어 쿼크–글루온 플라즈마 성질과 채르몬يوم 재결합 역학에 대한 핵심 제약 조건을 제공한다.

ABSTRACT

The production of the $ψ(2S)$ charmonium state was measured with ALICE in Pb-Pb collisions at $\sqrt{s_{NN}}$= 5.02 TeV, in the dimuon decay channel. A significant signal was observed for the first time at LHC energies down to zero transverse momentum, at forward rapidity $(2.5

연구 동기 및 목표

• √sNN = 5.02 TeV에서의 Pb–Pb 충돌에서 전방 빠르기 영역(2.5 < y < 4)에서 영이하의 횡방향 운동량까지의 포함적 ψ(2S) 생성을 측정하기 위해.
• 중심성과 pT에 따라 함수화된 이중비율 [σψ(2S)/σJ/ψ]Pb−Pb/[σψ(2S)/σJ/ψ]pp를 산정하여 핵물질 매질 효과를 분리하기 위해.
• 중심성과 pT에 따라 함수화된 ψ(2S) 핵물질 수정 인자 RAA를 추출하여 쿼크–글루온 플라즈마 내에서의 감소 정도를 정량화하기 위해.
• SPS의 NA50 데이터와 고pT LHC 측정 결과를 비교하여 중성자-핵 충돌에서의 채르몬륨 생성에 대한 운반 및 통계적 화합 모델을 시험하기 위해.

제안 방법

• ψ(2S)의 이무온 붕괴 채널을 ALICE 검출기의 전방 무자 스펙트로미터를 통해 측정하였다.
• 최소한의 기초 신호와 무자 스펙트로미터 내에서 반대전하의 무자 쌍 간의 동시성으로 사건이 트리거되었다.
• 중심성은 충돌 핵의 기하학적 겹침과 상관관계가 있는 V0 섬광 배열에서의 에너지 손실로 결정되었다.
• 비매질 효과를 억제하기 위해 교차단면의 이중비율 [σψ(2S)/σJ/ψ]Pb−Pb/[σψ(2S)/σJ/ψ]pp를 계산하였다.
• ψ(2S) RAA는 Pb–Pb에서의 ψ(2S) 수확량을 pp 교차단면과 평균 핵물질 두께 함수 ⟨TAA⟩의 곱으로 나눈 비율로 계산되었다.
• 데이터는 2015년과 2018년에 수집되었으며, 통합 루미너시는 ∼750 µb⁻¹에 해당한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 √sNN = 5.02 TeV에서의 Pb–Pb 충돌에서 ψ(2S) 채르몬يوم 상태는 pp 충돌에 비해 얼마나 감소하는가? 그리고 중심성과 횡방향 운동량에 따라 이 감소는 어떻게 변화하는가?
• RQ2 이중비율 [σψ(2S)/σJ/ψ]Pb−Pb/[σψ(2S)/σJ/ψ]pp는 중심성과 pT에 따라 어떻게 변화하며, 이는 쿼크–글루온 플라즈마의 역할을 어떻게 드러내는가?
• RQ3 ψ(2S) 핵물질 수정 인자 RAA의 크기는 얼마이며, J/ψ RAA 및 이전의 저에너지 측정 결과와 비교해보면 어떠한가?
• RQ4 관측된 ψ(2S) 감소 패턴은 운반 모델과 통계적 화합 모델(SHMc)의 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ5 ψ(2S)의 감소 패턴은 쿼크–글루온 플라즈마 내에서 순차적 해리 또는 재결합 효과를 지지하는가?

주요 결과

• √sNN = 5.02 TeV에서의 Pb–Pb 충돌에서 전방 빠르기 영역(2.5 < y < 4)에서 영이하의 횡방향 운동량까지의 ψ(2S)에 대해 유의미한 신호를 관측하였다.
• 이중비율 [σψ(2S)/σJ/ψ]Pb−Pb/[σψ(2S)/σJ/ψ]pp는 Pb–Pb 충돌에서 ψ(2S)가 J/ψ에 비해 약 ∼2배 감소함을 나타낸다.
• ψ(2S) 핵물질 수정 인자 RAA는 pp 충돌에 비해 최대 ∼3배 감소함을 보이며, 중심 충돌에서 더 강한 감소를 보였다.
• 결과는 ψ(2S)가 J/ψ보다 낮은 결합 에너지를 가지므로 쿼크–글루온 플라즈마 내에서 순차적 해리와 일치한다.
• 측정된 교차단면 비율은 이전 SPS의 NA50 데이터와 일치하여 다양한 에너지 스케일에서 감소 패턴의 견고성을 뒷받침한다.
• 저pT 영역에서의 RAA 결과는 재결합 효과가 가장 두드러지게 나타나는 운동역학 영역으로 LHC 측정 범위를 확장한다.