[논문 리뷰] 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)|2022. 04. 21.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 LHC의 ALICE를 사용하여 √s = 13 TeV에서의 pp 및 √sNN = 8.16 TeV에서의 p–Pb 충돌에서, 충전 입자 위상속도 밀도에 따른 ψ(2S) 생성을 측정한다. ψ(2S) 수확량은 다중도 증가함에 따라 증가하는 것으로 나타났으며, ψ(2S)/J/ψ 비율은 거의 일정하게 유지되어, 두 채르모늄 상태 모두 유사한 다중도 의존성을 보이며, 소형 시스템에서 최종 상태 상호작용을 포함하는 모델을 지지함을 시사한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 소형 강입자 시스템에서 ψ(2S) 생성의 다중도 의존성을 조사하여 최종 상태 상호작용을 탐색한다.
• pp 및 p–Pb 충돌에서 충전 입자 위상속도 밀도에 따른 ψ(2S) 및 J/ψ 수확량을 비교한다.
• 관측된 자극 상태 채르모늄의 거동가 최종 상태 효과를 포함하는 모델 또는 초기 상태 핵물리 효과를 포함하는 모델와 일관되는지 테스트한다.
• QGP 형성이 기대되지 않는 소형 시스템을 연구하여 중이온 충돌에서 쿼크onium 억제를 이해하기 위한 기초 자료를 제공한다.
• 다양한 다중도 범주에서 자극 상태와 기저 상태의 비율을 측정하여 쿼크onium 생성 이론 모델을 제약한다.

제안 방법

• 중심질량 빠르기 범위 2.5 < ycms < 4.0 (pp) 및 2.03 < ycms < 3.53, −4.46 < ycms < −2.96 (p–Pb)에서, 디뮤온 붕괴를 통한 포함된 ψ(2S) 및 J/ψ 생성을 측정한다.
• 중간 빠르기 영역 (|η| < 1.0)에서 충전 입자 위상속도 밀도를 다중도의 대체 지표로 결정한다.
• 중간 빠르기 밀도를 사용하여, pp에서는 평균의 6배까지, p–Pb에서는 전방/후방 영역에서 각각 평균의 4배까지 다중도 범주로 사건을 분류한다.
• 몬테카를로 시뮬레이션과 데이터 기반 방법을 사용하여 검출기 효율성과 수용 범위를 보정한다.
• 각 다중도 범주에서 디뮤온 질량 스펙트럼을 피팅하여 ψ(2S) 및 J/ψ 수확량을 추출한다.
• 다양한 다중도 범주에서 ψ(2S)/J/ψ 비율을 비교하여, 자극 상태가 기저 상태보다 다중도에 더 민감한지 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 √s = 13 TeV에서의 pp 충돌에서, 충전 입자 위상속도 밀도가 증가함에 따라 ψ(2S) 수확량은 어떻게 변화하는가?
• RQ2 √sNN = 8.16 TeV에서의 p–Pb 충돌에서, 특히 전방 및 후방 빠르기 영역에서 ψ(2S) 생성은 다중도에 따라 어떻게 스케일링되는가?
• RQ3 pp 또는 p–Pb 충돌에서 ψ(2S)와 J/ψ 수확량의 비율은 다중도에 대해 유의미한 의존성을 보이는가?
• RQ4 관측된 경향은 최종 상태 상호작용 또는 초기 상태 핵물리 효과를 포함하는 이론 모델과 일관되는가?
• RQ5 다중도 의존 수확량은 소형 강입자 시스템에서 최종 상태 상호작용의 역할에 대해 무엇을 시사하는가?

주요 결과

• pp 및 p–Pb 충돌 모두에서 충전 입자 위상속도 밀도가 증가함에 따라 ψ(2S) 수확량이 증가하여, 이벤트 다중도와의 양의 상관관계를 나타낸다.
• pp 충돌에서는 다중도가 평균 최소배 bias 값의 약 6배까지 확장되며, ψ(2S) 수확량이 이 증가와 함께 단조롭게 증가한다.
• p–Pb 충돌에서는 전방(후방) 빠르기 영역에서 다중도 값이 평균의 약 3(4)배까지 도달하며, 이에 따라 ψ(2S) 수확량이 증가한다.
• 모든 다중도 범주에서 pp 및 p–Pb 충돌 모두에서 ψ(2S)/J/ψ 수확량 비율은 거의 일정하게 유지되어, 다중도 의존성이 없음을 보여준다.
• 관측된 ψ(2S) 수확량과 그 J/ψ 비율은 최종 상태 상호작용를 포함하는 이론 모델 계산과 양호한 일치를 보인다.
• ψ(2S)/J/ψ 비율의 일정성은 두 상태가 동일한 역학에 대해 유사하게 반응함을 시사하며, 최종 상태 효과에 의해 유도된 동일한 다중도 의존성이 아니라, 초기 상태 핵물리 효과가 아닌 것을 지지한다.