[论文解读] Charmonium production in $p$Ne collisions at $\sqrt{s_{ m NN}}=68.5$ GeV

LHCb collaboration, Aaij, R.+1041 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

High-Energy Particle Collisions Research被引用 1

一句话总结

本论文首次在 √sNN = 68.5 GeV 条件下，利用 LHCb 实验在固定靶模式下测量了质子-氖核碰撞中的 J/ψ 产生截面，结果在 y∗ ∈ [−2.29, 0] 范围内测得 J/ψ 产生截面为 506 ± 8 ± 46 nb/nucleon，ψ(2S)/J/ψ 相对产额为 (1.67 ± 0.27 ± 0.10)%，与其它测量结果一致，为冷核物质效应及底夸克强子化提供了关键见解。

ABSTRACT

The measurement of charmonium states produced in proton-neon ($p$Ne) collisions by the LHCb experiment in its fixed-target configuration is presented. The production of $J/ψ$ and $ψ(2S)$ mesons is studied with a beam of 2.5 TeV protons colliding on gaseous neon targets at rest, corresponding to a nucleon-nucleon centre-of-mass energy $\sqrt{s_{ m NN}}=68.5$ GeV. The data sample corresponds to an integrated luminosity of $21.7\pm 1.4 $ nb$^{-1}$. The $J/ψ$ and $ψ(2S)$ hadrons are reconstructed in $μ^+μ^-$ final states. The $J/ψ$ production cross-section per target nucleon in the centre-of-mass rapidity range $y^{*}\in [-2.29, 0]$ is found to be $506 \pm 8 \pm 25 extrm{ nb/nucleon}$. The $ψ(2S)$ to $J/ψ$ relative production rate is found to be $(1.67 \pm 0.27\pm 0.10)\%$ in good agreement with other measurements involving beam and target nuclei of similar sizes.

研究动机与目标

• 研究在 √sNN = 68.5 GeV 条件下质子-氖核碰撞中的 J/ψ 产生，以探究冷核物质（CNM）效应，如阴影效应、吸收和能量损失。
• 利用 LHCb 探测器在固定靶模式下测量前向快度区的 J/ψ 和 ψ(2S) 产生截面。
• 将 J/ψ 与 D0 介子的产生产额进行比较，以评估底夸克强子化效率的整体表现。
• 为质子-核碰撞中 J/ψ 产生的理论模型提供基准数据。
• 将轻核靶的 J/ψ 测量覆盖范围扩展至低 √sNN 条件。

提出的方法

• LHCb 实验在固定靶模式下运行，2.5 TeV 质子与静止的气态氖靶发生对撞。
• SMOG 系统实现了低压氖气注入束流管道，实现了质子-氖核对撞而无需束流交叉。
• 通过μ+μ− 衰变道重建 J/ψ 和 ψ(2S) 介子，利用μ子识别与顶点重建技术。
• 离线选择要求：至少包含四条轨迹的原初顶点，两个良好识别的μ子（pT > 500 MeV/c），并施加不变质量筛选以抑制本底。
• 分析采用的几何接受度为 2.0 < y < 4.29 且 pT < 8 GeV/c，已对探测器效率与接受度进行修正。
• 数据样本对应于 21.7 ± 1.4 nb−1 的积分亮度，数据采集采用非交叉束流构型。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 √sNN = 68.5 GeV 条件下，质子-氖核碰撞中的 J/ψ 产生与质子-质子参考值相比如何？这揭示了哪些关于冷核物质效应的信息？
• RQ2 在质心系快度范围 y∗ ∈ [−2.29, 0] 内，J/ψ 介子每靶核子的绝对产生截面是多少？
• RQ3 在此动量范围内，ψ(2S) 与 J/ψ 的相对产额是多少？与其它测量结果相比如何？
• RQ4 J/ψ 与 D0 截面比值如何反映底夸克的碎片化与强子化行为？
• RQ5 如阴影效应或吸收等核效应在轻核（如氖）中在多大程度上改变了 J/ψ 的产生产额？

主要发现

• 在 y∗ ∈ [−2.29, 0] 范围内，J/ψ 每靶核子的产生截面测量值为 506 ± 8 ± 46 nb/nucleon。
• J/ψ 与 D0 介子产生截面之比为 (1.06 ± 0.02 ± 0.09)%。
• 在相同动量范围内，ψ(2S) 与 J/ψ 的相对产额测量值为 (1.67 ± 0.27 ± 0.10)%。
• ψ(2S)/J/ψ 比值与其它类似靶质量的质子-核系统测量结果一致，表明无显著增强或抑制。
• 该测量在低 √sNN 条件下提供了轻核靶的新数据点，改善了对冷核物质效应研究的覆盖范围。
• 结果支持在该能量区段中 J/ψ 产生主要由初态效应与强子化动力学主导，而非显著的末态核效应。