[论文解读] 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, Dagmar+1057 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 87被引用 1

一句话总结

本论文首次利用ALICE探测器测量了在√sNN = 5.02 TeV下，超外围Pb-Pb碰撞中J/ψ介子相干光致核反应的能量依赖性。通过分析五个快度区间内J/ψ的产生，并将存在与不存在电磁 dissociation（EMD）的事件分开，该研究在较宽的质心系能量范围（17 < WγPb,n < 920 GeV）内提取了光致核反应截面，揭示了此前未被探索的能量范围内铅核胶子分布的强烈减弱，为高能QCD动力学提供了新的约束。

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.

研究动机与目标

• 测量在√sNN = 5.02 TeV下，超外围Pb-Pb碰撞中J/ψ介子相干光致核反应的能源依赖性。
• 探测低Bjorken-x区域（1.1 × 10−5 < x < 3.3 × 10−2）的铅核胶子分布，该区域此前尚未在实验中被探索。
• 通过区分存在与不存在电磁 dissociation（EMD）的事件，从广泛范围的WγPb,n中提取光致核反应截面σγPb。
• 确定核抑制因子并评估重离子碰撞中核遮蔽效应和饱和效应的影响。

提出的方法

• 利用ALICE探测器，在√sNN = 5.02 TeV下，通过双轻子衰变道（e+e−或μ+μ−）测量J/ψ的相干产生。
• 在|y| < 4的五个快度区间内重建J/ψ介子，以覆盖不同的WγPb,n值。
• 通过在束流快度处探测中子，区分存在与不存在电磁 dissociation（EMD）的事件，从而实现不同γPb质心系能量下光致核过程的分离。
• 使用等效光子近似，将光子通量nγ(y, {b})建模为快度和碰撞参数的函数，将快度与WγPb,n关联。
• 利用双组分公式dσPbPb/dy = nγ(y)σγPb(y) + nγ(−y)σγPb(−y)，从测量的UPC截面中提取光致核反应截面σγPb(y)。
• 对探测器效率、接受度和本底进行修正，并计算核抑制因子SγPb = σγPb / (A × σγp)以量化核效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 在17–920 GeV的WγPb,n范围内，Pb-Pb超外围碰撞中J/ψ相干光致产生的能量依赖性如何？
• RQ2 通过J/ψ产生探测，铅核胶子分布如何在低Bjorken-x值（1.1 × 10−5 < x < 3.3 × 10−2）下演化？
• RQ3 观测到的J/ψ产生抑制在多大程度上由胶子分布中的核遮蔽或饱和效应引起？
• RQ4 测量得到的截面与基于微扰QCD和饱和模型的理论预测相比如何？

主要发现

• 在|y| < 4的五个快度区间内测量了J/ψ产生的光致核反应截面，覆盖了17至920 GeV的WγPb,n范围。
• 首次在广泛的WγPb,n范围内提取了σγPb的能量依赖性，揭示了在低x下铅核胶子分布的强烈减弱。
• 测量得到的截面相对于非相干pp参考值表现出显著抑制，核抑制因子SγPb表明在低x下铅核胶子密度受到强烈修改。
• 数据与饱和模型一致，表明重核中的胶子饱和效应在较低能量（较高x）下即显现，其行为近似符合A1/3的标度。
• 结果将先前的ALICE测量扩展至新的能量区域，并为重核中胶子分布的能量演化提供了前所未有的约束。
• 该研究证实了超外围碰撞中J/ψ光致产生对QCD高能行为的敏感性，特别是在胶子饱和和核遮蔽的背景下。