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

Acharya, Shreyasi, Adamova, Dagmar+1030 more|arXiv (Cornell University)|Apr 21, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 2

一句话总结

本研究首次利用LHC上的ALICE探测器，在√sNN = 5.02 TeV的Pb–Pb碰撞中测量了J/ψ相对于事件平面的极化特性。通过分析快速度范围2.5 < y < 4内三个pT区间的二Muon衰变产物的角分布，发现在低pT和中等中心度下，横向极化显著，显著性达3.9σ，暗示夸克-胶子等离子体中可能存在强磁场或涡旋效应。

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

研究动机与目标

• 研究Pb–Pb碰撞中形成的夸克-胶子等离子体（QGP）如何影响J/ψ的极化特性。
• 探究强电磁场与QGP中流体涡旋对夸克偶素自旋取向的影响。
• 测量J/ψ相对于事件平面的极化，事件平面作为反应平面的实验代理。
• 检验理论预测中QGP动力学与重夸克偶素态自旋依赖效应之间的关联。
• 探讨QGP中再结合或介质效应是否改变粲偶素的极化特性。

提出的方法

• 测量J/ψ在二Muon衰变道中μ子衰变产物的角分布。
• 利用碰撞中的动量流定义事件平面，作为参考轴。
• 使用公式W(θ) ∝ 1 + λθ cos²θ，从角分布计算极化参数λθ。
• 利用事件平面定义垂直于反应平面的横向方向，从而实现横向极化的测量。
• 在三个pT区间（2–4、4–6、6–10 GeV/c）和不同中心度类别中执行分析。
• 使用蒙特卡罗模拟和数据驱动技术，对探测器效应和背景进行修正。

实验结果

研究问题

• RQ1 夸克-胶子等离子体在以事件平面为参考测量时，是否会在J/ψ中诱导出可测量的极化？
• RQ2 观测到的极化是否可归因于Pb–Pb碰撞早期阶段产生的强电磁场？
• RQ3 QGP作为旋转流体的涡旋是否会影响J/ψ的极化？
• RQ4 极化特性是否随横动量和碰撞中心度而变化？
• RQ5 再结合效应或介质修正在多大程度上贡献于观测到的极化？

主要发现

• 在低横动量（2 < pT < 4 GeV/c）和中等中心度（20–40%）下，观测到J/ψ存在微弱的横向极化，显著性达3.9σ。
• 极化参数λθ偏离零值，表明其自旋取向相对于事件平面非各向同性。
• 该效应在2 < pT < 4 GeV/c区间最为显著，并在高pT下减弱。
• 在最中心或最外围碰撞中未观测到显著极化，表明存在中心度依赖的介质效应。
• 结果与涉及QGP中强磁场或流体涡旋的理论模型一致。
• 该测量为重离子碰撞中J/ψ相对于事件平面的极化效应提供了首个直接证据。