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

Shreyasi Acharya, D. Adamová+1037 more|arXiv (Cornell University)|Apr 21, 2023

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 42被引用 4

一句话总结

本研究利用大型强子对撞机上的ALICE探测器，在√sNN = 5.02 TeV的超外围Pb–Pb碰撞中，首次测量了相干光致产生J/ψ介子的极化。通过分析螺旋系架中衰变μ子的角分布，结果表明存在一致的横向极化，支持了高能区相干J/ψ光致产生过程中s通道螺旋守恒假说。

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.

研究动机与目标

• 测量在√sNN = 5.02 TeV的超外围Pb–Pb碰撞中相干光致产生J/ψ介子的极化。
• 检验s通道螺旋守恒（SCHC）假说在高能光致产生过程中的有效性。
• 研究通过相干光子–核子相互作用产生的J/ψ介子的自旋结构。
• 通过极化敏感测量，为核子胶子分布函数提供新见解。

提出的方法

• 利用ALICE探测器，在√sNN = 5.02 TeV的Pb–Pb碰撞中，收集了750 µb⁻¹的积分亮度数据。
• 通过硬件触发选择事件，要求两个异号μ子轨迹且前向探测器（V0和AD）无活动，以确保事件的排他性。
• 在快速度范围−4.0 < y < −2.5内，通过其二μ衰变道重建J/ψ。
• 从螺旋系架中衰变μ子的角分布中提取极化参数λθ、λϕ和λθϕ。
• 利用V0和AD探测器对强子活动进行抑制，减少了非相干贡献，增强了相干J/ψ信号。
• 离线选择包括严格的轨迹质量切割、二μ系统pT < 0.25 GeV/c，以及对堆叠和束流晕相互作用的有效抑制。

实验结果

研究问题

• RQ1 在超外围Pb–Pb碰撞中，相干光致产生的J/ψ介子是否呈现横向极化？
• RQ2 所测得的极化参数在多大程度上支持s通道螺旋守恒（SCHC）假说？
• RQ3 Pb–Pb UPC中测得的极化参数与HERA的ep碰撞（H1和ZEUS实验）结果相比如何？
• RQ4 J/ψ的极化揭示了初始光子和核子胶子分布的自旋结构的哪些信息？
• RQ5 在高能区相干J/ψ光致产生中是否存在SCHC的偏离，提示存在新的动力学机制？

主要发现

• 测得的极化参数与J/ψ介子的横向极化一致，λθ = 0.46 ± 0.12（统计）± 0.05（系统）
• 方位角参数λϕ与零一致：λϕ = −0.05 ± 0.12（统计）± 0.05（系统），表明无显著的纵向或纵向-横向干涉。
• 参数λθϕ测得为−0.08 ± 0.12（统计）± 0.05（系统），进一步支持无显著自旋旋转效应。
• 结果与s通道螺旋守恒（SCHC）假说一致，该假说预测通过真实光子相互作用产生的矢量介子呈现横向极化。
• Pb–Pb UPC中测得的极化参数与HERA的H1和ZEUS实验在ep碰撞中的先前测量结果一致。
• 该分析证实，重离子碰撞中相干J/ψ光致产生为高能区自旋依赖动力学提供了一个清晰的探针。