[论文解读] Photoproduction of low-$p_{ m T}$ J/$\psi$ from peripheral to central Pb$-$Pb collisions at 5.02 TeV

ALICE Collaboration|arXiv (Cornell University)|Apr 22, 2022

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 55被引用 1

一句话总结

本研究利用ALICE探测器，在√sNN = 5.02 TeV的Pb–Pb碰撞中测量了极低横动量（pT < 0.3 GeV/c）下的J/ψ介子相干光致产生。在部分外围到中心碰撞（最多10%中心度）范围内，观测到J/ψ产额显著超出强子贡献，且在30–50%、50–70%和70–90%中心度区间内显著性均超过5σ，为非超外围强子碰撞中存在相干光致产生的强有力证据。

ABSTRACT

An excess of J/$ψ$ yield at very low transverse momentum ($p_{ m T} &lt; 0.3$ GeV/$c$), originating from coherent photoproduction, is observed in peripheral and semicentral hadronic Pb$-$Pb collisions at a center-of-mass energy per nucleon pair of $\sqrt{s_{ m NN}} = 5.02$ TeV. The measurement is performed with the ALICE detector via the dimuon decay channel at forward rapidity ($2.5

研究动机与目标

• 研究在√sNN = 5.02 TeV的Pb–Pb碰撞中，极低横动量（pT < 0.3 GeV/c）下J/ψ产额出人意料偏大的起源。
• 确定此前在2.76 TeV数据中提出的相干光致产生机制是否在更中心的碰撞中依然存在且具有显著性。
• 测量核子修正因子和相干光致产生截面随碰撞中心度的变化，直至10%最中心碰撞。
• 将结果与理论模型及√sNN = 2.76 TeV时的先前测量进行比较，以探究低Bjorken-x区域核子胶子分布的行为。

提出的方法

• LHC上的ALICE探测器收集了√sNN = 5.02 TeV的Pb–Pb碰撞数据，重点关注J/ψ介子在前向快度区（2.5 < y < 4）的二μ衰变道。
• 通过运动学和顶点拓扑标准筛选出低pT J/ψ候选事例，以抑制背景和强子贡献。
• 计算核子修正因子（RAA）随中心度和pT的变化，以量化对二元标度的偏离，重点关注pT < 0.3 GeV/c区域。
• 通过将低pT区域观测到的J/ψ产额与强子相互作用和冷核物质效应的预期值进行比较，提取相干光致产生截面。
• 利用基于多粒子数的中心度估计算法，将中心度依赖性研究扩展至10%最中心碰撞。
• 采用理论模型解释数据，包括有效光子通量和考虑几何效应与介质效应的修正核光致产生截面。

实验结果

研究问题

• RQ1 在√sNN = 5.02 TeV的Pb–Pb碰撞中，J/ψ的相干光致产生是否在包括中心碰撞在内的广泛中心度范围内主导极低pT（pT < 0.3 GeV/c）区域？
• RQ2 观测到的J/ψ产额超出强子产生机制的显著性及其与中心度的关系如何？
• RQ3 相干光致产生截面如何随中心度变化，其对相干相互作用核体积有效尺寸有何启示？
• RQ4 关于强子碰撞中光子-核相互作用的理论模型在多大程度上能再现观测数据？
• RQ5 低pT J/ψ产额过剩是否可被相干光致产生一致解释，且在具有显著核重叠的碰撞中是否依然存在？

主要发现

• 在√sNN = 5.02 TeV的Pb–Pb碰撞中，观测到外围和半中央碰撞区域pT < 0.3 GeV/c的J/ψ产额存在过剩，在30–50%、50–70%和70–90%中心度区间内显著性均超过5σ。
• 极低pT区域的核子修正因子（RAA）明显高于二元标度，表明J/ψ产额具有非强子起源。
• 相干光致产生截面作为中心度的函数被测量，将此前在√sNN = 2.76 TeV下的测量结果扩展至5.02 TeV，并延伸至10%最中心碰撞。
• 结果证实了在具有核重叠的强子碰撞中存在相干光致产生，挑战了此类过程仅限于超外围碰撞的假设。
• 数据与包含有效光子通量和修正核截面的理论模型一致，支持相干光致产生在低pT J/ψ产额过剩中的作用。
• 研究结果为低Bjorken-x区域（x ∼10−5至10−2）的核子胶子分布提供了新的约束，该区域目前仍测量不足。