[논문 리뷰] Measurement of the J/$ψ$ polarization with respect to the event plane in Pb-Pb collisions at the LHC

Acharya, Shreyasi, Adamova, Dagmar외 1030명|arXiv (Cornell University)|2022. 04. 21.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 2

한 줄 요약

이 연구는 LHC의 ALICE 검출기를 사용하여 √sNN = 5.02 TeV에서의 Pb–Pb 충돌에서 사고 평면에 대한 J/ψ의 극화를 처음으로 측정한다. 빠르기 범위 2.5 < y < 4 및 세 개의 pT 간격에서 이중 뮤온 붕괴 생성물의 각도 분포를 분석함으로써, 저에너지 pT에서 중간 중심도에서 최대 3.9σ의 유의미한 횡방향 극화를 관측하였으며, 이는 쿼크–글루온 플라즈마에서 강한 자기장 또는 코어터시티의 영향을 받을 수 있음을 시사한다.

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

연구 동기 및 목표

• Pb–Pb 충돌에서 생성된 쿼크–글루온 플라즈마(QGP)가 J/ψ 극화에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• QGP 내 강한 전자기장과 유체의 코어터시티가 쿼크온의 스핀 정렬에 미치는 영향을 탐색하기 위해.
• 사고 평면을 실험적 참조축으로 삼아 J/ψ 극화를 측정하기 위해.
• QGP의 역학과 무거운 쿼크온 상태에서 스핀에 의존하는 효과 사이의 이론적 예측을 검증하기 위해.
• 재형성 또는 QGP 내 매질 효과가 차몬리움의 극화를 어떻게 변화시키는지 탐색하기 위해.

제안 방법

• 이중 뮤온 붕괴 채널에서 J/ψ의 뮤온 붕괴 생성물의 각도 분포를 측정하기 위해.
• 충돌에서 운동량 흐름을 이용해 사고 평면을 정의하여 기준 축으로 삼기 위해.
• 공식 W(θ) ∝ 1 + λθ cos²θ를 사용하여 각도 분포에서 극화 파라미터 λθ를 계산하기 위해.
• 사고 평면에 수직인 횡방향 방향을 사고 평면을 통해 정의하여 횡방향 극화 측정이 가능하도록 하기 위해.
• 세 개의 pT 간격(2–4, 4–6, 6–10 GeV/c)과 중심도 범주 전반에서 분석을 수행하기 위해.
• 몬테카를로 시뮬레이션과 데이터 기반 기법을 사용하여 검출기 효과 보정 및 배경 제거를 수행하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Pb–Pb 충돌에서 QGP가 사고 평면에 대해 측정된 J/ψ에 유의미한 극화를 유도하는가?
• RQ2 관측된 극화는 Pb–Pb 충돌 초기 단계에서 생성된 강한 전자기장 때문인가?
• RQ3 QGP가 회전하는 유체로 작용할 때의 코어터시티가 J/ψ의 극화에 영향을 미치는가?
• RQ4 극화가 횡방향 운동량과 충돌 중심도에 따라 변화하는가?
• RQ5 재형성 효과나 매질 수정이 관측된 극화에 얼마나 기여하는가?

주요 결과

• 저에너지 pT(2 < pT < 4 GeV/c) 및 중간 중심도(20–40%)에서 작은 횡방향 극화가 관측되었으며, 유의미도는 최대 3.9σ였다.
• 극화 파라미터 λθ는 0에서 벗어나 사고 평면에 대한 비등방성 스핀 정렬을 나타내었다.
• 이 효과는 2 < pT < 4 GeV/c 범위에서 가장 두드러졌으며, 높은 pT에서 감소하였다.
• 가장 중심도가 높거나 외곽에 가까운 충돌에서는 유의미한 극화가 관측되지 않아 중심도에 따라 달라지는 매질 효과임을 시사했다.
• 이 결과는 QGP 내 강한 자기장 또는 유체의 코어터시티를 포함하는 이론 모델과 일치하였다.
• 이 측정은 중성자-이온 충돌에서 사고 평면에 대한 J/ψ 극화 효과에 대한 첫 직접적 증거를 제공한다.