[论文解读] Polarization measurement of $Λ^+_c$ and $\overlineΛ{}^-_c$ baryons in $p$Ne collisions at $\sqrt{s_{NN}} = 68.6$ GeV

LHCb collaboration, R. Aaij+1194 more|arXiv (Cornell University)|Feb 19, 2026

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一句话总结

首批在固定靶向 pNe 碰撞中测得 charm 重子极化，LHCb 在 68.6 GeV 条件下，分别给出 Λ_c^+ 与 ar{Λ}_c^- 的极化及其动量分布依赖。

ABSTRACT

The first measurement of the polarization of charm baryons by the LHCb experiment recorded in fixed-target mode is presented. The polarization of $Λ_c$ baryons is studied in collisions of protons, at an energy of 2.51 TeV, incident on a gaseous target of neon, at a nucleon-nucleon center-of-mass energy of $68.6$ GeV. The world's first measurement of separate-charge polarizations for $Λ^+_c$ and $\overlineΛ{}^-_c$ baryons is performed, determining $$ P_{Λ^+_c} = ( 24 \pm 9 \pm 2 \, )\% , $$ $$ P_{\overlineΛ{}^-_c} = (-8 \pm 12 \pm 3 \, ) \% , $$ where the first uncertainty is statistical and the second systematic. The polarization is also measured in intervals of baryon transverse momentum and the Feynman-$x$ variable.

研究动机与目标

• 在低能固定靶场条件下，激励并测试重夸克自旋动力学在 charm 重子产生与 hadronization 中的作用。
• 分别测量 Λ_c^+ 与 \bar{Λ}_c^- 的极化，以探测产生机制可能的差异。
• 发展并应用螺旋形式振幅模型以从 Λ_c^+ → p K^- π^+ 衰变中提取极化。
• 研究极化对横向动量 (p_T) 与费米-x (x_F) 的依赖，以便与历史的超子与 charm-重子的结果进行比较。
• 通过为其参数锚定于来自半淬断 b-介子的高统计样本，验证数据驱动的振幅模型。

提出的方法

• 使用基于螺旋形式的振幅模型来描述 Λ_c^+ → p K^- π^+ 衰变，确保中间共振态中的自旋态定义一致。
• 从较大样本的 Λ_c^+ → p K^- π^+ (来自半淬断 b-介子衰变) 中固定振幅模型，以实现极化提取。
• 对五维相空间分布（两个不变量质量 与三个衰变取向角）进行独立的最大似然拟合，以提取横向极化分量。
• 通过模拟考虑探测器接受度，并通过从质量侧带推导的 Legendre 多项式展开来描述背景形状，使用 TensorFlowAnalysis 进行多维拟合。
• 通过自举伪实验来估计统计不确定性，并评估来自振幅模型、背景描述和效率标定的系统偏差。

Figure 1: Distributions of the $pK^{-}\pi^{+}$ invariant mass of selected (left) ${\mathchar 28931\relax}^{+}_{c}$ and (right) ${\kern 1.79993pt\overline{\kern-1.79993pt\mathchar 28931\relax}}{}^{-}_{c}$ candidates. The results from the fit described in the text are also shown.

实验结果

研究问题

• RQ1 在 sqrt{s_{NN}}=68.6 GeV 的固定靶 p Ne 碰撞中产生的 Λ_c^+ 与 \bar{Λ}_c^- 的横向极化是什么？
• RQ2 Λ_c^+ 与 \bar{Λ}_c^- 的极化是否不同，表明产生/ hadronization 机制存在差异？
• RQ3 charm-重子极化如何随动量学（特别是 p_T 与 x_F）变化？
• RQ4 观测的极化是否与在强相互作用产生中的宇称守恒预期一致（即产生平面内分量应为零）？

主要发现

Bin	P_{Λ_c^+} ± stat ± syst (%)	P_{\bar{Λ}_c^-} ± stat ± syst (%)
p_T<2.8 GeV	17 ± 17 ± 4	-2 ± 20 ± 4
2.8 ≤ p_T<4 GeV	18 ± 14 ± 4	-6 ± 17 ± 5
p_T ≥ 4 GeV	45 ± 17 ± 4	-27 ± 22 ± 14
x_F < -0.15	41 ± 17 ± 5	-15 ± 21 ± 6
-0.15 ≤ x_F < -0.06	9 ± 14 ± 3	-13 ± 18 ± 3
x_F ≥ -0.06	42 ± 18 ± 6	2 ± 20 ± 8

• Λ_c^+ 的极化在统计学意义明显的范围内观测到，数值为 P_{Λ_c^+} = (24.4 ± 9.5_{stat} ± 2.2_{syst})%（约 2.4σ 显著）。
• \bar{Λ}_c^- 的极化在不确定性内与零一致： P_{\bar{Λ}_c^-} = (-8 ± 12_{stat} ± 3_{syst})% 。
• 对差分结果的分析在最高 p_T 区间显示 Λ_c^+ 极化随 p_T 增大迹象，但统计意义不足以确证；对 P_{\bar{Λ}_c^-} 没有明显的动力学趋势。
• 产生平面上的极化分量与零相容，符合宇称守恒的要求。
• 在 Λ_c^+ 与 \bar{Λ}_c^- 的产额中观察到不对称性，反映质子- 氖碰撞的动力学特征。
• 该分析提供了固定靶 LHCb 数据中首次分离电荷的 charm-重子极化测量，并引入了新颖的基于螺旋的振幅建模方法。

Figure 2: Comparisons of the phase-space projections between the data and the fitted model, for the ${\mathchar 28931\relax}^{+}_{c}$ dataset.