[論文レビュー] Observation of the $\Upsilon$(3S) meson and suppression of $\Upsilon$ states in PbPb collisions at $\sqrt{s_\mathrm{NN}}$ = 5.02 TeV

A. Tumasyan, W. Adam+2368 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 59被引用数 2

ひとこと要約

この論文は、LHCのCMS検出器を用いて、√sNN = 5.02 TeVのPbPb衝突において、初めてΥ(3S)メソンの観測を報告している。ベータオン状態の逐次的抑制が示され、Υ(3S)の方がΥ(2S)よりも強く抑制されていることから、クォーク- gluonプラズマにおける媒体効果の証拠が得られた。

ABSTRACT

The production of $\Upsilon$(2S) and $\Upsilon$(3S) mesons in lead-lead (PbPb) and proton-proton (pp) collisions is studied in their dimuon decay channel using the CMS detector at the LHC. The $\Upsilon$(3S) meson is observed for the first time in PbPb collisions, with a significance above five standard deviations. The ratios of yields measured in PbPb and pp collisions are reported for both the $\Upsilon$(2S) and $\Upsilon$(3S) mesons, as functions of transverse momentum and PbPb collision centrality. These ratios, when appropriately scaled, are significantly less than unity, indicating a suppression of $\Upsilon$ yields in PbPb collisions. This suppression increases from peripheral to central PbPb collisions. Furthermore, the suppression is stronger for $\Upsilon$(3S) mesons compared to $\Upsilon$(2S) mesons, extending the pattern of sequential suppression of quarkonium states in nuclear collisions previously seen for the $\psi$/J, $\psi$(2S), $\Upsilon$(1S), and $\Upsilon$(2S) mesons.

研究の動機と目的

• 5.02 TeVにおけるPbPb衝突で初めてΥ(3S)メソンを観測すること。
• PbPbおよびpp衝突におけるΥ(2S)およびΥ(3S)メソンの核修正因子（RAA）を測定すること。
• Υの抑制が衝突の中心度および横運動量にどのように依存するかを調査すること。
• クォーク-グルーオンプラズマにおけるクォークン状態の逐次的抑制パターンを検証すること。

提案手法

• CMS検出器のデータにおいて、Υ(2S)およびΥ(3S)メソンを二ミュオン崩壊チャネルを用いて同定した。
• 1.61 nb⁻¹のPbPbおよび300 pb⁻¹のppの統合発光度を用いて、√sNN = 5.02 TeVのPbPbおよびpp衝突におけるヨンを測定した。
• 核修正因子（RAA）を、二つの衝突におけるヨンの比を二つの衝突回数に比例してスケーリングした比として計算した。
• 衝突幾何の分類に、HFコンパクト・カルリメータの全横運動量を用いて中心度選択を実施した。
• PbPbバックグラウンドをモデル化するために、PYTHIA 8.212（CP5チューニング）とHYDJET 1.9に埋め込まれたモンテカルロシミュレーションを用いた。
• 主頂点、トラック品質、ミュオン同定、およびpT > 3.5 GeV/cのカットを用いてイベント選択を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 5.02 TeVにおけるPbPb衝突でΥ(3S)メソンが観測されたか？
• RQ2 Υ(2S)およびΥ(3S)メソンの抑制は、PbPb衝突の中心度にどのように依存するか？
• RQ3 Υ(3S)の抑制がΥ(2S)よりも強いことは、逐次的抑制を示唆するか？
• RQ4 PbPbとpp衝突におけるΥ(3S)/Υ(2S)ヨンの二重比は、逐次的抑制パターンを支持するか？

主な発見

• Υ(3S)メソンは、5標準偏差を超える有意水準でPbPb衝突で観測された。
• Υ(2S)およびΥ(3S)の核修正因子（RAA）は、両者ともに1未満であり、PbPb衝突における抑制を示している。
• 抑制は外縁から中心部にかけて強くなる傾向にあり、中心部衝突における媒体効果が強いことと整合的である。
• Υ(3S)の抑制はΥ(2S)よりも強く、J/ψ、ψ(2S)、Υ(1S)、およびΥ(2S)で観測されたのと同じように、逐次的抑制パターンが確認された。
• PbPbとpp衝突におけるΥ(3S)/Υ(2S)ヨンの二重比は、中心部衝突で明確に増加しており、逐次的抑制を支持する。
• 結果は、クォーク-グルーオンプラズマにおける媒体効果の理論的予測と整合しており、束縛エネルギーが小さい状態ほど抑制が強いことが示された。