[论文解读] 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 2

一句话总结

本论文首次报告了在√sNN = 5.02 TeV的PbPb碰撞中观测到Υ(3S)介子，使用的是大型强子对撞机上的CMS探测器。研究展示了底夸克偶素态的顺序性抑制，Υ(3S)的抑制程度强于Υ(2S)，为夸克-胶子浆中的介质效应提供了证据。

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.

研究动机与目标

• 首次在PbPb碰撞中观测到Υ(3S)介子。
• 测量在PbPb和pp碰撞中Υ(2S)与Υ(3S)介子的核修改因子（RAA）。
• 研究Υ抑制的中心度与横动量依赖性。
• 检验夸克偶素态在夸克-胶子浆中顺序性抑制的模式。

提出的方法

• 利用二μ衰变道识别CMS探测器数据中的Υ(2S)与Υ(3S)介子。
• 使用1.61 nb⁻¹的PbPb和300 pb⁻¹的pp积分亮度，在√sNN = 5.02 TeV下测量PbPb与pp碰撞中的产额。
• 通过按二元NN碰撞次数缩放的PbPb与pp产额之比，计算核修改因子（RAA）。
• 利用HF量能器中的总横截面能量对中心度进行选择，以分类碰撞几何结构。
• 使用PYTHIA 8.212（CP5调谐）和嵌入事件的HYDJET 1.9进行蒙特卡洛模拟，以模拟PbPb背景。
• 应用事件选择标准，包括原初顶点、轨迹质量、μ子识别以及pT > 3.5 GeV/c的截断。

实验结果

研究问题

• RQ1 在5.02 TeV的PbPb碰撞中是否观测到了Υ(3S)介子？
• RQ2 Υ(2S)与Υ(3S)介子的抑制程度如何随PbPb碰撞中心度变化？
• RQ3 Υ(3S)的抑制是否强于Υ(2S)，表明存在顺序性抑制？
• RQ4 PbPb与pp碰撞中Υ(3S)/Υ(2S)产额的双比值是否支持顺序性抑制模式？

主要发现

• Υ(3S)介子在PbPb碰撞中以超过五倍标准差的显著性被观测到。
• Υ(2S)与Υ(3S)的核修改因子（RAA）显著小于1，表明在PbPb碰撞中存在抑制。
• 抑制程度从外围到中心PbPb碰撞逐渐增强，与中心碰撞中更强的介质效应一致。
• Υ(3S)的抑制强于Υ(2S)，证实了在J/ψ、ψ(2S)、Υ(1S)和Υ(2S)中已观测到的顺序性抑制模式。
• PbPb与pp碰撞中Υ(3S)/Υ(2S)产额的双比值在中心碰撞中表现出明显增强，支持顺序性抑制。
• 结果与夸克-胶子浆中介质效应的理论预期一致，结合能较低的态受到更强的抑制。