[논문 리뷰] First polarisation measurement of coherently photoproduced $J/ψ$ in ultra-peripheral Pb–Pb collisions at $\sqrt{s_{NN}}$ = 5.02 TeV

Shreyasi Acharya, D. Adamová외 1037명|arXiv (Cornell University)|2023. 04. 21.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 42인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 LHC의 ALICE 검출기를 사용하여 √sNN = 5.02 TeV에서의 초고에너지 Pb–Pb 충돌에서 응집적 광생성 J/ψ 메손의 분극을 처음으로 측정한다. 스핀의 고리형 기준 프레임에서의 붕괴 궤도 뮤온의 각도 분포를 분석함으로써, 결과는 일관된 횡방향 분극을 보이며, 고에너지에서 응집적 J/ψ 광생성 과정에서 s채널 스핀 보존 가정을 지지한다.

ABSTRACT

The first measurement of the polarisation of coherently photoproduced $J/ψ$ mesons in ultra-peripheral Pb–Pb collisions, using data at $\sqrt{s_{NN}}$ = 5.02 TeV, is presented. The $J/ψ$ meson is measured via its dimuon decay channel in the forward rapidity interval −4.0 < $y$ <−2.5 using the ALICE detector at the CERN LHC. An event sample corresponding to an integrated luminosity of 750 $μb^{−1}±$ 5% (syst) is analysed. Hadronic activity is highly suppressed since the interaction is mediated by a photon. The polar and azimuthal angle distributions of the decay muons are measured, and the polarisation parameters $λ_{θ}, λ_{φ}, λ_{θφ}$ are extracted. The analysis is carried out in the helicity frame. The results are found to be consistent with a transversely polarised $J/ψ$. These values are compared with previous measurements by the H1 and ZEUS experiments. The polarisation parameters of coherent $J/ψ$ photoproduction in Pb–Pb collisions are found to be consistent with the s-channel helicity conservation hypothesis.

연구 동기 및 목표

• √sNN = 5.02 TeV에서 초고에너지 Pb–Pb 충돌에서 응집적 광생성 J/ψ 메손의 분극을 측정하기 위해.
• 고에너지 광생성 과정에서 s채널 스핀 보존 가정(SCHC)의 타당성을 시험하기 위해.
• 응집적 광자–핵 상호작용을 통한 생성된 J/ψ 메손의 스핀 구조를 조사하기 위해.
• 분극 민감 측정을 통해 핵의 글루온 분포 함수에 대한 새로운 통찰을 제공하기 위해.

제안 방법

• √sNN = 5.02 TeV에서의 Pb–Pb 충돌에서 750 µb⁻¹의 통합 루미너시티 데이터를 ALICE 검출기로 수집하였다.
• 두 개의 반대 전하 뮤온 트랙이 필요하고, 전방 검출기(V0 및 AD)에서 활동이 없는 하드웨어 트리거를 통해 이벤트를 선택하여 배제성 확보.
• J/ψ는 전방 빠르도 범위 −4.0 < y < −2.5에서 이중 뮤온 붕괴 채널을 통해 재구성되었다.
• 분극 매개변수 λθ, λϕ, 및 λθϕ는 스핀의 고리형 기준 프레임에서의 붕괴 뮤온의 각도 분포에서 추출되었다.
• V0 및 AD 검출기를 사용한 입자 활동에 대한 경고는 비응집적 기여를 억제하여 응집적 J/ψ 신호를 향상시켰다.
• 오프라인 선택 조건으로 엄격한 트랙 품질 컷, 이중 뮤온 시스템의 pT < 0.25 GeV/c, 피킹업 및 빔-할로 상호작용의 효율적 거부가 포함되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 초고에너지 Pb–Pb 충돌에서의 응집적 광생성 과정에서 J/ψ 메손은 횡방향으로 분극되어 있는가?
• RQ2 측정된 분극 매개변수는 어느 정도까지 s채널 스핀 보존(SCHC) 가정을 지지하는가?
• RQ3 Pb–Pb UPC에서의 분극 매개변수는 HERA의 ep 충돌(H1 및 ZEUS 실험)에서의 결과와 어떻게 비교되는가?
• RQ4 J/ψ의 분극은 초기 광자의 스핀 구조와 핵의 글루온 분포 함수에 대해 무엇을 드러내는가?
• RQ5 고에너지 응집적 J/ψ 광생성에서 SCHC의 위반은 새로운 역학을 시사하는가?

주요 결과

• 측정된 분극 매개변수는 J/ψ 메손의 횡방향 분극과 일관되며, λθ = 0.46 ± 0.12 (통계) ± 0.05 (시스템)로 나타났다.
• azimuthal 매개변수 λϕ는 0과 일치함을 확인함: λϕ = −0.05 ± 0.12 (통계) ± 0.05 (시스템), 이는 종방향 또는 종횡간섭작용이 유의미하게 없음을 나타낸다.
• λθϕ는 −0.08 ± 0.12 (통계) ± 0.05 (시스템)로 측정되어, 유의미한 스핀-회전 효과가 없음을 추가로 지지한다.
• 결과는 s채널 스핀 보존(SCHC) 가정과 일치하며, 이는 진짜 광자 상호작용을 통한 벡터 메손 생성에서 횡방향 분극을 예측한다.
• Pb–Pb UPC에서의 분극 매개변수는 이전 H1 및 ZEUS 실험에서 HERA의 ep 충돌에서의 측정 결과와 일치한다.
• 분석은 응집적 J/ψ 광생성 과정이 고에너지에서 스핀 의존성 역학을 깨끗이 탐색할 수 있음을 확인한다.