[논문 리뷰] Energy dependence of coherent photonuclear production of J/$ψ$ mesons in ultra-peripheral Pb-Pb collisions at $\sqrt{s_{\mathrm{NN}}}$=5.02 TeV

Acharya, Shreyasi, Adamova, Dagmar외 1057명|arXiv (Cornell University)|2023. 01. 01.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 87인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 ALICE 검출기로 측정한 √sNN = 5.02 TeV에서의 초비전성 Pb-Pb 충돌에서 J/ψ 메손의 비균형 광핵반응 생성의 에너지 의존성을 처음으로 제시한다. 다섯 개인 속도 범위에서 J/ψ 생성을 분석하고 전자기 분해(EMD) 유무에 따라 사건을 분리함으로써, 중심질량 에너지 범위가 넓은(17 < WγPb,n < 920 GeV) 광핵반응 단면적을 추출하였다. 이는 이전에 실험적으로 탐색되지 않은 에너지 범위에서 lead 핵의 구배 분포에서 강한 감소를 드러내며, 고에너지 QCD 역학에 대한 새로운 제약 조건을 제공한다.

ABSTRACT

The cross section for coherent photonuclear production of J/ψ is presented as a function of the electromagnetic dissociation (EMD) of Pb. The measurement is performed with the ALICE detector in ultra-peripheral Pb-Pb collisions at a centre-of-mass energy per nucleon pair of $ \sqrt{{ extrm{s}}_{ extrm{NN}}} $ = 5.02 TeV. Cross sections are presented in five different J/ψ rapidity ranges within |y| &lt; 4, with the J/ψ reconstructed via its dilepton decay channels. In some events the J/ψ is not accompanied by EMD, while other events do produce neutrons from EMD at beam rapidities either in one or the other beam direction, or in both. The cross sections in a given rapidity range and for different configurations of neutrons from EMD allow for the extraction of the energy dependence of this process in the range 17 &lt; W$_{γ Pb,n}$ &lt; 920 GeV, where W$_{γ Pb,n}$ is the centre-of-mass energy per nucleon of the γPb system. This range corresponds to a Bjorken-x interval spanning about three orders of magnitude: 1.1 × 10$^{−5}$ &lt; x &lt; 3.3 × 10$^{−2}$. In addition to the ultra-peripheral and photonuclear cross sections, the nuclear suppression factor is obtained. These measurements point to a strong depletion of the gluon distribution in Pb nuclei over a broad, previously unexplored, energy range. These results, together with previous ALICE measurements, provide unprecedented information to probe quantum chromodynamics at high energies.

연구 동기 및 목표

• √sNN = 5.02 TeV에서 초비전성 Pb-Pb 충돌에서 J/ψ 메손의 비균형 광핵반응 생성의 에너지 의존성을 측정하기 위해.
• 기존에 실험적으로 탐색되지 않은 영역인 낮은 Bjorken-x 범위(1.1 × 10−5 < x < 3.3 × 10−2)에서 lead 핵의 구배 분포를 탐색하기 위해.
• 전자기 분해(EMD)가 있는지 없는지에 따라 사건을 분리함으로써, 넓은 범위의 WγPb,n에서 광핵반응 단면적 σγPb를 추출하기 위해.
• 중간자핵 억제 계수를 결정하고, 고에너지 충돌에서 핵의 그림자 효과와 포화 효과가 미치는 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• ALICE 검출기를 사용하여 √sNN = 5.02 TeV에서 초비전성 Pb-Pb 충돌에서 이론자기 붕괴 채널(e+e− 또는 μ+μ−)을 통한 J/ψ 생성을 측정한다.
• |y| < 4 내에서 다섯 개의 속도 구간에 걸쳐 J/ψ 메손을 재구성하여 다양한 WγPb,n 값에 접근한다.
• 빔의 속도에서 중성자를 탐지하여 전자기 분해(EMD)가 있는지 없는지 사건을 구별함으로써, 다양한 γPb 중심질량 에너지에서 광핵반응를 분리할 수 있다.
• 등가 광자 근사법을 사용하여 속도와 충격 매개변수에 따라 광자 플럭스 nγ(y, {b})를 모델링하고, 속도를 WγPb,n로 연결한다.
• 두 성분 공식을 사용하여 측정된 UPC 단면적에서 광핵반응 단면적 σγPb(y)를 추출한다: dσPbPb/dy = nγ(y)σγPb(y) + nγ(−y)σγPb(−y).
• 검출기 효율성, 수용 범위 및 배경에 대한 보정을 적용하고, 핵 억제 계수 SγPb = σγPb / (A × σγp)를 계산하여 핵 효과를 정량화한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 WγPb,n 범위 17–920 GeV에서 Pb-Pb 초비전성 충돌에서 비균형 J/ψ 광반응 생성의 에너지 의존성은 어떻게 되는가?
• RQ2 J/ψ 생성을 통해 탐색된 낮은 Bjorken-x 값(1.1 × 10−5 < x < 3.3 × 10−2)에서 lead 핵의 구배 분포는 어떻게 진화하는가?
• RQ3 관측된 J/ψ 생성 억제는 핵의 그림자 효과 또는 포화 효과에 의해 어느 정도 기인하는가?
• RQ4 측정된 단면적은 양자 색역학의 섭동 이론과 포화 모델에 기반한 이론 예측과 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• J/ψ 생성에 대한 광핵반응 단면적은 |y| < 4 내에서 다섯 개의 속도 구간에서 측정되었으며, WγPb,n 범위는 17에서 920 GeV에 이르렀다.
• σγPb의 에너지 의존성이 처음으로 넓은 범위의 WγPb,n에서 추출되었으며, 낮은 x에서 Pb 핵의 구배 분포에서 강한 감소가 드러났다.
• 측정된 단면적은 비균형 pp 기준에 비해 상당한 억제를 보이며, 핵 억제 계수 SγPb는 낮은 x에서 Pb 핵의 구배 밀도가 강하게 수정되었음을 시사한다.
• 데이터는 포화 모델과 일치하며, 중간핵에서의 구배 포화 효과가 양성자보다 낮은 에너지(높은 x)에서 작동함을 시사하며, 약간의 A1/3 스케일링을 따른다.
• 결과는 이전 ALICE 측정을 새로운 에너지 영역으로 확장하며, 무거운 핵에서의 구배 분포 에너지 진화에 대해 사전에 없던 제약 조건을 제공한다.
• 이 연구는 초비전성 충돌에서 J/ψ 광반응 생성이 고에너지 QCD의 거동, 특히 구배 포화와 핵 그림자 효과에 민감함을 확인한다.