[论文解读] Measurement of $\psi$(2S) production as a function of charged-particle pseudorapidity density in pp collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV and p-Pb collisions at $\sqrt{s_{ m NN}}$ = 8.16 TeV with ALICE at the LHC

ALICE Collaboration|arXiv (Cornell University)|Apr 21, 2022

High-Energy Particle Collisions Research被引用 1

一句话总结

本研究利用大型强子对撞机上的ALICE实验，在√s = 13 TeV的pp碰撞和√sNN = 8.16 TeV的p–Pb碰撞中，测量了ψ(2S)产生率随带电粒子赝快度密度的变化。结果发现ψ(2S)产额随多重性增加而上升，而ψ(2S)/J/ψ比值几乎保持不变，表明两种粲偶素态具有相似的多重性依赖性，支持包含小系统中末态相互作用的理论模型。

ABSTRACT

Production of inclusive charmonia in pp collisions at center-of-mass energy of $\sqrt{s}$ = 13 TeV and p-Pb collisions at center-of-mass energy per nucleon pair of $\sqrt{s_{ m NN}}$ = 8.16 TeV is studied as a function of charged-particle pseudorapidity density with ALICE. Ground and excited charmonium states (J/$ψ$, $ψ$(2S)) are measured from their dimuon decays in the interval of rapidity in the center-of-mass frame $2.5 < y_{ m cms} < 4.0$ for pp collisions, and $2.03 < y_{ m cms} < 3.53$ and $-4.46 < y_{ m cms} < -2.96$ for p-Pb collisions. The charged-particle pseudorapidity density is measured around midrapidity ($|η|<1.0$). In pp collisions, the measured charged-particle multiplicity extends to about six times the average value, while in p-Pb collisions at forward (backward) rapidity a multiplicity corresponding to about three (four) times the average is reached. The $ψ$(2S) yield increases with the charged-particle pseudorapidity density. The ratio of $ψ$(2S) over J/$ψ$ yield does not show a significant multiplicity dependence in either colliding system, suggesting a similar behavior of J/$ψ$ and $ψ$(2S) yields with respect to charged-particle pseudorapidity density. Results for the $ψ$(2S) yield and its ratio with respect to J/$ψ$ agree with available model calculations.

研究动机与目标

• 研究小强子系统中ψ(2S)产生的多重性依赖性，以探测末态相互作用。
• 比较pp和p–Pb碰撞中ψ(2S)与J/ψ产额随带电粒子赝快度密度的变化关系。
• 检验激发态粲偶素的观测行为是否与包含末态效应或初态核效应的理论模型一致。
• 通过研究预期不会形成QGP的小系统，为理解重离子碰撞中夸克胶子等子抑制提供基线参考。
• 通过测量不同多重性区间内激发态与基态的比值，约束夸克胶子等子产生理论模型。

提出的方法

• 在质心系快度范围2.5 < ycms < 4.0（pp）和2.03 < ycms < 3.53、−4.46 < ycms < −2.96（p–Pb）内，通过其二μ衰变测量包含ψ(2S)和J/ψ的产生。
• 在中快度区（|η| < 1.0）确定带电粒子赝快度密度，作为多重性的代理指标。
• 利用中快度区密度将事件分类至多重性区间，pp碰撞最高达平均值的六倍，p–Pb碰撞最高达四倍（前向/后向区域）。
• 使用蒙特卡罗模拟和数据驱动方法对探测器效率和接受度进行修正。
• 通过拟合二μ衰变质量谱，在每个多重性区间内提取ψ(2S)和J/ψ的产额。
• 比较不同多重性区间内ψ(2S)/J/ψ比值，评估激发态是否比基态对多重性更敏感。

实验结果

研究问题

• RQ1 在√s = 13 TeV的pp碰撞中，ψ(2S)产额如何随带电粒子赝快度密度的增加而变化？
• RQ2 在√sNN = 8.16 TeV的p–Pb碰撞中，ψ(2S)产额如何随多重性变化，特别是在前向和后向快度区域？
• RQ3 ψ(2S)与J/ψ产额的比值在pp或p–Pb碰撞中是否表现出显著的多重性依赖性？
• RQ4 观测到的趋势是否与包含末态相互作用或初态核效应的理论模型一致？
• RQ5 多重性依赖的产额趋势对小强子系统中末态相互作用的作用有何启示？

主要发现

• 在pp和p–Pb碰撞中，ψ(2S)产额均随带电粒子赝快度密度的增加而上升，表明其与事件多重性存在正相关性。
• 在pp碰撞中，多重性范围扩展至平均最小截面值的约六倍，ψ(2S)产额随之单调增加。
• 在p–Pb碰撞中，前向（后向）快度区域的多重性分别达到平均值的约三（四）倍，ψ(2S)产额相应增加。
• 在pp和p–Pb碰撞的所有多重性区间内，ψ(2S)/J/ψ产额比值几乎保持恒定，未表现出显著的多重性依赖性。
• 观测到的ψ(2S)产额及其与J/ψ的比值与包含末态相互作用的现有理论模型计算结果良好一致。
• ψ(2S)/J/ψ比值的恒定性表明两种态对基本动力学的响应相似，支持由末态效应而非初态核效应驱动的共同多重性依赖性。