First measurement of the ratio of ψ(2S)-to-J/ψ inclusive production in pAr and $pp$ collisions at sNN=113GeV with SMOG2
LHCb 실험은 SMOG2를 사용하여 sNN=113GeV에서 pAr 및 $pp충돌시\psi(2S)대J/\psi생성단면적비율에대한첫번째측정을보고하였으며,p\mathrm{Ar}충돌에서0.90 \pm 0.04 \pm 0.02$의 비율을 관측함으로써 핵 효과의 출현을 알리고 더 큰 충돌계에 대한 향후 연구를 위한 기준선을 확립하였다.
원저자: LHCb collaboration, R. Aaij, M. Abdelfatah, A. S. W. Abdelmotteleb, C. Abellan Beteta, F. Abudinén, T. Ackernley, A. A. Adefisoye, B. Adeva, M. Adinolfi, P. Adlarson, C. Agapopoulou, C. A. Aidala, S. Akar, K. Akiba, H. Al Saleh, P. Albicocco, J. Albrecht, R. Aleksiejunas, F. Alessio, P. Alvarez Cartelle, S. Amato, J. L. Amey, Y. Amhis, Z. Amos, L. An, L. Anderlini, P. Andreola, M. Andreotti, S. Andres Estrada, A. Anelli, D. Ao, C. Arata, F. Archilli, Z. Areg, M. Argenton, S. Arguedas Cuendis, L. Arnone, M. Artuso, E. Aslanides, R. Ataíde Da Silva, M. Atzeni, B. Audurier, J. A. Authier, D. Bacher, I. Bachiller Perea, S. Bachmann, M. Bachmayer, J. J. Back, M. Bai, Z. B. Bai, V. Balagura, A. Balboni, W. Baldini, Z. Baldwin, L. Balzani, H. Bao, J. Baptista de Souza Leite, C. Barbero Pretel, M. Barbetti, I. R. Barbosa, W. Barker, R. J. Barlow, M. Barnyakov, S. Baron, S. Barsuk, W. Barter, J. Bartz, S. Bashir, B. Batsukh, P. B. Battista, A. Bavarchee, A. Bay, A. Beck, M. Becker, F. Bedeschi, I. B. Bediaga, N. A. Behling, S. Belin, A. Bellavista, I. Belyaev, G. Bencivenni, E. Ben-Haim, J. L. M. Berkey, R. Bernet, A. Bertolin, L. Bertsch, F. Betti, J. Bex, O. Bezshyyko, S. Bhattacharya, M. S. Bieker, N. V. Biesuz, A. Biolchini, M. Birch, F. C. R. Bishop, A. Bitadze, A. Bizzeti, T. Blake, F. Blanc, J. E. Blank, S. Blusk, J. A. Boelhauve, O. Boente Garcia, T. Boettcher, A. Bohare, C. Bolognani, R. B. Bonacci, A. Bordelius, F. Borgato, S. Borghi, M. Borsato, J. T. Borsuk, E. Bottalico, S. A. Bouchiba, M. Bovill, T. J. V. Bowcock, A. Boyer, C. Bozzi, J. D. Brandenburg, A. Brea Rodriguez, N. Breer, C. Breitfeld, J. Brodzicka, J. Brown, E. Buchanan, M. Burgos Marcos, C. Burr, E. Butera, C. Buti, J. S. Butter, J. Buytaert, W. Byczynski, S. Cadeddu, H. Cai, Y. Cai, Y. Cai, A. Caillet, R. Calabrese, L. Calefice, M. Calvi, M. Calvo Gomez, P. Camargo Magalhaes, J. I. Cambon Bouzas, P. Campana, A. Campomagnani, A. C. Campos, A. F. Campoverde Quezada, Y. Cao, S. Capelli, M. Caporale, L. Capriotti, R. Caravaca-Mora, A. Carbone, L. Carcedo Salgado, R. Cardinale, A. Cardini, P. Carniti, L. Carus, R. Caspary, G. Casse, M. Cattaneo, G. Cavallero, V. Cavallini, S. Celani, I. Celestino, S. Cesare, A. J. Chadwick, M. Charles, Ph. Charpentier, E. Chatzianagnostou, R. Cheaib, M. Chefdeville, C. Chen, J. Chen, S. Chen, Z. Chen, A. Chen Hu, M. Cherif, S. Chernyshenko, X. Chiotopoulos, G. Chizhik, V. Chobanova, A. Christakakis, M. Chrzaszcz, Y. Chu, V. Chulikov, P. Ciambrone, X. Cid Vidal, P. Cifra, P. E. L. Clarke, M. Clemencic, H. V. Cliff, J. Closier, C. Cocha Toapaxi, V. Coco, A. Codovini, C. Codovini, J. Cogan, E. Cogneras, L. Cojocariu, S. Collaviti, P. Collins, T. Colombo, M. Colonna, A. Comerma-Montells, L. Congedo, J. Connaughton, A. Contu, N. Cooke, A. Corallo, G. Cordova, C. Coronel, I. Corredoira, A. Correia, G. Corti, G. C. Costantino, C. Cotirlan, J. Cottee Meldrum, B. Couturier, D. C. Craik, N. Crepet, M. Cruz Torres, M. Cubero Campos, E. Curras Rivera, R. Currie, C. L. Da Silva, X. Dai, J. Dalseno, C. D'Ambrosio, G. Darze, A. Davidson, O. De Aguiar Francisco, C. De Angelis, F. De Benedetti, J. de Boer, K. De Bruyn, S. De Capua, M. De Cian, U. De Freitas Carneiro Da Graca, F. De Gregorio, E. De Lucia, J. M. De Miranda, L. De Paula, A. De Robertis, E. De Santis, M. De Serio, P. De Simone, F. De Vellis, J. A. de Vries, F. Debernardis, D. Decamp, S. Dekkers, L. Del Buono, B. Delaney, B. Demaire-Lepape, J. Deng, O. Deschamps, F. Dettori, B. Dey, P. Di Nezza, S. Ding, Y. Ding, L. Dittmann, J. F. Diverchy, A. D. Docheva, A. Doheny, C. Dong, F. Dordei, J. Dorta Moreno, A. C. dos Reis, J. Dos Santos Oliveira, A. D. Dowling, L. Dreyfus, W. Duan, P. Duda, L. Dufour, V. Duk, P. Durante, M. M. Duras, J. M. Durham, O. D. Durmus, K. Duwe, A. Dziurda, S. Easo, E. Eckstein, U. Egede, S. Eisenhardt, E. Ejopu, L. Eklund, M. Elashri, D. Elizondo Blanco, J. Ellbracht, S. Ely, A. Ene, T. Evans, F. Fabiano, S. Faghih, L. N. Falcao, B. Fang, R. Fantechi, L. Fantini, M. Faria, K. Farmer, F. Fassin, D. Fazzini, L. Felkowski, C. Feng, M. Feng, A. Fernandez Casani, M. Fernandez Gomez, B. Fernandez Rodino, J. Fernandez-John, A. D. Fernez, F. Ferrari, F. Ferreira Rodrigues, R. A. Fini, R. Fiorenza, M. Fiorini, M. Firlej, D. S. Fitzgerald, C. Fitzpatrick, T. Fiutowski, F. Fleuret, A. Fomin, M. Fontana, M. Fontes Vaz, L. A. Foreman, R. Forty, D. Foulds-Holt, V. Franco Lima, M. Franco Sevilla, M. Frank, E. Franzoso, G. Frau, C. Frei, D. A. Friday, J. Fu, Y. Fu, Q. Führing, T. Fulghesu, G. Galati, M. D. Galati, A. Gallas Torreira, D. Galli, S. Gambetta, M. Gandelman, P. Gandini, B. Ganie, H. Gao, R. Gao, T. Q. Gao, Y. Gao, Y. Gao, Y. Gao, L. M. Garcia Martin, P. Garcia Moreno, J. García Pardiñas, P. Gardner, L. Garrido, C. Gaspar, A. Gavrikov, J. George, E. Gersabeck, M. Gersabeck, T. Gershon, S. Ghizzo, Z. Ghorbanimoghaddam, F. I. Giasemis, V. Gibson, H. K. Giemza, A. L. Gilman, M. Giovannetti, A. Gioventù, L. Girardey, M. A. Giza, F. C. Glaser, V. V. Gligorov, C. Göbel, L. Golinka-Bezshyyko, E. Golobardes, A. Golutvin, S. Gomez Fernandez, A. G. Gomez Mongui, W. Gomulka, F. Goncalves Abrantes, I. Gonçales Vaz, M. Goncerz, G. Gong, S. Gong, J. A. Gooding, C. Gotti, E. Govorkova, J. P. Grabowski, L. A. Granado Cardoso, R. Grande Quartieri, E. Graugés, E. Graverini, L. Grazette, G. Graziani, A. T. Grecu, N. A. Grieser, L. Grillo, C. Gu, M. Guarise, L. Guerry, A. -K. Guseinov, Y. Guz, T. Gys, K. Habermann, T. Hadavizadeh, C. Hadjivasiliou, G. Haefeli, C. Haen, S. Haken, G. Hallett, P. M. Hamilton, Q. Han, S. Han, X. Han, S. Hansmann-Menzemer, N. Harnew, T. J. Harris, L. Hartman, M. Hartmann, S. Hashmi, M. Haubner, J. He, N. Heatley, A. Hedes, F. Hemmer, C. Henderson, R. Henderson, R. D. L. Henderson, A. M. Hennequin, K. Hennessy, A. Henrot, J. Herd, P. Herrero Gascon, J. Heuel, A. Heyn, A. Hicheur, G. Hijano Mendizabal, J. Horswill, R. Hou, Y. Hou, D. C. Houston, N. Howarth, W. Hu, X. Hu, W. Hulsbergen, R. J. Hunter, D. Hutchcroft, M. Idzik, P. Ilten, A. Iohner, S. Jacevicius, H. Jage, S. J. Jaimes Elles, S. Jakobsen, T. Jakoubek, E. Jans, A. Jawahery, C. Jayaweera, A. Jelavic, V. Jevtic, Z. Jia, E. Jiang, X. Jiang, Y. Jiang, Y. J. Jiang, E. Jimenez Moya, N. Jindal, M. John, A. John Rubesh Rajan, D. Johnson, C. R. Jones, S. Joshi, B. Jost, J. Juan Castella, N. Jurik, I. Juszczak, K. Kalecinska, D. Kaminaris, S. Kandybei, M. Kane, Y. Kang, C. Kar, M. Karacson, A. Kauniskangas, J. W. Kautz, M. K. Kazanecki, F. Keizer, M. Kenzie, T. Ketel, B. Khanji, S. Kholodenko, V. Kholoimov, G. Khreich, F. Kiraz, T. Kirn, V. S. Kirsebom, N. Kleijne, A. Kleimenova, D. Klekots, K. Klimaszewski, M. R. Kmiec, T. Knospe, R. Kolb, S. Koliiev, L. Kolk, A. Konoplyannikov, P. Kopciewicz, P. Koppenburg, A. Korchin, I. Kostiuk, O. Kot, S. Kotriakhova, E. Kowalczyk, O. Kravcov, M. Kreps, W. Krupa, W. Krzemien, O. Kshyvanskyi, S. Kubis, M. Kucharczyk, A. Kupsc, A. Kurzina, V. Kushnir, B. Kutsenko, J. Kvapil, I. Kyryllin, D. Lacarrere, P. Laguarta Gonzalez, A. Lai, A. Lampis, D. Lancierini, C. Landesa Gomez, G. Lanfranchi, C. Langenbruch, T. Latham, F. Lazzari, C. Lazzeroni, R. Le Gac, H. Lee, R. Lefèvre, M. Lehuraux, E. Lemos Cid, O. Leroy, T. Lesiak, E. D. Lesser, B. Leverington, A. Li, C. Li, C. Li, H. Li, J. Li, K. Li, L. Li, L. Li, P. Li, P. -R. Li, Q. Li, T. Li, T. Li, W. Li, Y. Li, Y. Li, Y. Li, Z. Li, Z. Lian, Q. Liang, X. Liang, Z. Liang, S. Libralon, A. Lightbody, J. Lin, S. Lin, T. Lin, R. Lindner, H. Linton, R. Litvinov, D. Liu, F. L. Liu, G. Liu, K. Liu, S. Liu, W. Liu, X. Liu, Y. Liu, Y. Liu, Y. L. Liu, G. Loachamin Ordonez, I. Lobo, A. Lobo Salvia, A. Loi, T. Long, F. C. L. Lopes, J. H. Lopes, A. Lopez Huertas, C. Lopez Iribarnegaray, Q. Lu, C. Lucarelli, D. Lucchesi, M. Lucio Martinez, Y. Luo, A. Lupato, M. Lupberger, E. Luppi, K. Lynch, J. Lyu, S. Lyu, X. -R. Lyu, H. Ma, S. Maccolini, F. Machefert, F. Maciuc, B. Mack, I. Mackay, L. M. Mackey, L. R. Madhan Mohan, M. J. Madurai, D. Magdalinski, J. J. Malczewski, S. Malde, L. Malentacca, G. Manca, C. Mancuso, R. Manera Escalero, A. Mangalasseri, F. M. Manganella, R. Mangrulkar, D. Manuzzi, S. Mao, D. Marangotto, J. F. Marchand, R. Marchevski, U. Marconi, L. Mareso, E. Mariani, S. Mariani, C. Marin Benito, J. Marks, A. M. Marshall, L. Martel, G. Martelli, G. Martellotti, L. Martinazzoli, M. Martinelli, C. Martinez, A. Martinez Armas, D. Martinez Gomez, D. Martinez Santos, F. Martinez Vidal, A. Martorell i Granollers, A. Massafferri, R. Matev, A. Mathad, C. Matteuzzi, K. R. Mattioli, L. Matzner, A. Mauri, E. Maurice, J. Mauricio, P. Mayencourt, J. Mazorra de Cos, M. Mazurek, D. Mazzanti Tarancon, M. McCann, N. T. McHugh, A. McNab, R. McNulty, B. Meadows, S. E. R. Medaer, D. Melnychuk, D. Mendoza Granada, P. Menendez Valdes Perez, F. M. Meng, M. Merk, A. Merli, L. Meyer Garcia, D. Miao, H. Miao, S. Mico, M. Mikhasenko, D. A. Milanes, A. Minotti, E. Minucci, B. Mitreska, D. S. Mitzel, R. Mocanu, A. Modak, L. Moeser, R. D. Moise, E. F. Molina Cardenas, T. Mombächer, M. Monk, T. Monnard, S. Monteil, A. Morcillo Gomez, G. Morello, M. J. Morello, M. P. Morgenthaler, A. Moro, J. Moron, W. Morren, A. B. Morris, A. G. Morris, R. Mountain, Z. Mu, N. Muangkod, E. Muhammad, F. Muheim, M. Mulder, K. Müller, F. Muñoz-Rojas, V. Mytrochenko, P. Naik, T. Nakada, R. Nandakumar, G. Napoletano, I. Nasteva, M. Needham, N. Neri, S. Neubert, N. Neufeld, J. Nicolini, D. Nicotra, E. M. Niel, L. Nisi, Q. Niu, B. K. Njoki, P. Nogarolli, P. Nogga, J. Nombela Royo, C. Normand, A. Novo Cal, J. Novoa Fernandez, G. Nowak, H. N. Nur, A. Oblakowska-Mucha, T. Oeser, O. Okhrimenko, R. Oldeman, F. Oliva, E. Olivart Pino, M. Olocco, R. H. O'Neil, J. S. Ordonez Soto, D. Osthues, J. M. Otalora Goicochea, P. Owen, A. Oyanguren, O. Ozcelik, F. Paciolla, A. Padee, K. O. Padeken, B. Pagare, T. Pajero, A. Palano, L. Palini, L. Palombini, M. Palutan, C. Pan, X. Pan, S. Panebianco, S. Paniskaki, L. Paolucci, A. Papanestis, M. Pappagallo, L. L. Pappalardo, C. Pappenheimer, C. Parkes, D. Parmar, G. Passaleva, D. Passaro, A. Pastore, M. Patel, J. Patoc, C. Patrignani, A. Paul, C. J. Pawley, A. Pellegrino, J. Peng, X. Peng, M. Pepe Altarelli, S. Perazzini, H. Pereira Da Costa, M. Pereira Martinez, A. Pereiro Castro, C. Perez, A. Perez Casas, P. Perret, A. Perrevoort, A. Perro, M. J. Peters, A. Petkovic, K. Petridis, A. Petrolini, S. Pezzulo, J. P. Pfaller, H. Pham, L. Pica, M. Piccini, L. Piccolo, B. Pietrzyk, R. N. Pilato, D. Pinci, F. Pisani, M. Pizzichemi, V. M. Placinta, M. Plo Casasus, T. Poeschl, F. Polci, M. Poli Lener, A. Poluektov, I. Polyakov, E. Polycarpo, S. Ponce, D. Popov, K. Popp, K. Prasanth, C. Prouve, D. Provenzano, V. Pugatch, A. Puicercus Gomez, G. Punzi, J. R. Pybus, Q. Qian, W. Qian, N. Qin, R. Quagliani, R. I. Rabadan Trejo, B. Rachwal, R. Racz, J. H. Rademacker, M. Rama, M. Ramírez García, V. Ramos De Oliveira, M. Ramos Pernas, G. Ramsey, M. S. Rangel, G. Raven, M. Rebollo De Miguel, F. Redi, J. Reich, F. Reiss, Z. Ren, P. K. Resmi, M. Ribalda Galvez, R. Ribatti, G. Ricart, D. Riccardi, S. Ricciardi, K. Richardson, M. Richardson-Slipper, F. Riehn, K. Rinnert, P. Robbe, G. Robertson, E. Rodrigues, A. Rodriguez Alvarez, E. Rodriguez Fernandez, J. A. Rodriguez Lopez, E. Rodriguez Rodriguez, J. Roensch, A. Rogovskiy, D. L. Rolf, P. Roloff, A. Romano, V. Romanovskiy, A. Romero Vidal, G. Romolini, F. Ronchetti, T. Rong, W. Rose, M. Rotondo, M. S. Rudolph, G. Ruggiero, M. Ruiz Diaz, J. Ruiz Vidal, J. Ruz Armendariz, J. J. Saavedra-Arias, J. J. Saborido Silva, D. Sahoo, N. Sahoo, B. Saitta, M. Salomoni, I. Sanderswood, R. Santacesaria, C. Santamarina Rios, M. Santimaria, L. Santoro, E. Santovetti, A. Saputi, A. Sarnatskiy, G. Sarpis, M. Sarpis, C. Satriano, A. Satta, M. Saur, H. Sazak, F. Sborzacchi, A. Scarabotto, S. Schael, S. Scherl, M. Schiller, H. Schindler, M. Schmelling, B. Schmidt, N. Schmidt, S. Schmitt, H. Schmitz, O. Schneider, A. Schopper, N. Schulte, H. Schumacher, M. H. Schune, G. Schwering, B. Sciascia, A. Sciuccati, G. Scriven, I. Segal, S. Sellam, M. Senghi Soares, A. Sergi, N. Serra, L. Sestini, B. Sevilla Sanjuan, Y. Shang, D. M. Shangase, R. S. Sharma, L. Shchutska, T. Shears, S. Shelton, J. Shen, Z. Shen, S. Sheng, B. Shi, J. Shi, Q. Shi, W. S. Shi, E. Shmanin, R. Silva Coutinho, G. Simi, S. Simone, M. Singha, I. Siral, N. Skidmore, T. Skwarnicki, M. W. Slater, E. Smith, M. Smith, L. Soares Lavra, M. D. Sokoloff, F. J. P. Soler, A. Solomin, K. Solovieva, N. S. Sommerfeld, R. Song, Y. Song, Y. Song, Y. S. Song, F. L. Souza De Almeida, G. Souza De Castro, B. Souza De Paula, K. M. Sowa, E. Spadaro Norella, E. Spedicato, J. G. Speer, P. Spradlin, F. Stagni, M. Stahl, S. Stahl, S. Stanislaus, M. Stefaniak, O. Steinkamp, F. Suljik, J. Sun, L. Sun, M. Sun, D. Sundfeld, P. Svihra, V. Svintozelskyi, J. Swallow, K. Swientek, F. Swystun, A. Szabelski, T. Szumlak, Y. Tan, Y. Tang, Y. T. Tang, M. D. Tat, J. A. Teijeiro Jimenez, F. Terzuoli, F. Teubert, E. Thomas, D. J. D. Thompson, A. R. Thomson-Strong, R. Thornton, H. Tilquin, V. Tisserand, S. T'Jampens, M. Tobin, T. T. Todorov, L. Tomassetti, G. Tonani, X. Tong, T. Tork, L. Torlai, L. Toscano, D. Y. Tou, C. Trippl, G. Tuci, N. Tuning, L. H. Uecker, A. Ukleja, A. Upadhyay, B. Urbach, A. Usachov, U. Uwer, V. Vagnoni, A. Vaitkevicius, A. Valassi, V. Valcarce Cadenas, G. Valenti, N. Valls Canudas, J. van Eldik, H. Van Hecke, E. van Herwijnen, C. B. Van Hulse, R. Van Laak, M. van Veghel, P. Varrella, R. Vazquez Gomez, P. Vazquez Regueiro, C. Vázquez Sierra, S. Vecchi, J. Velilla Serna, J. J. Velthuis, M. Veltri, A. Venkateswaran, M. Verdoglia, M. Vesterinen, W. Vetens, D. Vico Benet, P. Vidrier Villalba, M. Vieites Diaz, X. Vilasis-Cardona, E. Vilella Figueras, A. Villa, P. Vincent, B. Vivacqua, F. C. Volle, D. vom Bruch, K. Vos, C. Vrahas, J. Wagner, J. Walsh, N. Walter, E. J. Walton, G. Wan, A. Wang, B. Wang, C. Wang, C. Wang, C. Wang, G. Wang, H. Wang, J. Wang, J. Wang, J. Wang, J. Wang, M. Wang, N. W. Wang, X. Wang, X. Wang, X. Wang, X. W. Wang, Y. Wang, Y. Wang, Y. Wang, Y. H. Wang, Z. Wang, Z. Wang, J. A. Ward, A. Wasili, M. Waterlaat, N. K. Watson, D. Websdale, Y. Wei, Z. Weida, J. Wendel, B. D. C. Westhenry, A. S. White, C. White, M. Whitehead, E. Whiter, A. R. Wiederhold, D. Wiedner, M. A. Wiegertjes, C. Wild, G. Wilkinson, M. K. Wilkinson, M. Williams, M. J. Williams, M. R. J. Williams, R. Williams, S. Williams, Z. Williams, F. F. Wilson, M. Winn, W. Wislicki, M. Witek, L. Witola, T. Wolf, E. Wood, G. Wormser, S. A. Wotton, H. Wu, J. Wu, T. Wu, X. Wu, Y. Wu, Z. Wu, K. Wyllie, S. Xian, Z. Xiang, Y. Xie, T. X. Xing, A. Xu, L. Xu, M. Xu, R. Xu, Z. Xu, Z. Xu, Z. Xu, Z. Xu, S. Yadav, K. Yang, X. Yang, Y. Yang, Y. Yang, Z. Yang, Z. Yang, H. Yeung, H. Yin, X. Yin, C. Y. Yu, J. Yu, K. Yu, X. Yuan, Y Yuan, S. Zalambani, J. A. Zamora Saa, F. Zangari, M. Zavertyaev, M. Zdybal, F. Zenesini, C. Zeng, M. Zeng, S. H Zeng, C. Zhang, C. Zhang, D. Zhang, J. Zhang, L. Zhang, Q. Z. Zhang, R. Zhang, S. Zhang, S. L. Zhang, Y. Zhang, Z. Zhang, J. Zhao, M. Zhao, Y. Zhao, A. Zhelezov, S. Z. Zheng, X. Z. Zheng, Y. Zheng, T. Zhou, X. Zhou, V. Zhovkovska, L. Z. Zhu, X. Zhu, X. Zhu, Y. Zhu, V. Zhukov, J. Zhuo, T. Zies, D. Zuliani, X. Zuo
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물질의 중심에는 우주의 가장 작은 구성 요소들을 하나로 묶어주는 매우 강력한 힘이 존재합니다. 강한 상호작로 알려진 이 힘은 글루온이라 불리는 입자에 의해 전달되며, 양성자와 중성자의 근본 구성 요소인 쿼크 사이에서 작용합니다. 무거운 쿼크가 그에 대응하는 반물질 파트너를 만나면, 이들은 결합하여 차모니움(charmonium)이라는 수명이 짧은 입자를 형성할 수 있습니다. 과학자들은 강한 힘이 서로 다른 조건에서 어떻게 거동하는지 이해하기 위해 이 찰나의 쌍들을 연구합니다. 두 양성자 간의 충돌과 같은 진공 상태에서, 이 입자들은 예측 가능한 방식으로 형성되고 붕괴합니다. 하지만 동일한 충돌이 더 큰 원자핵 내부에서 일어날 때는 환경이 변합니다. 충돌 지점을 둘러싼 다른 입자들의 밀도 높은 구름은 차모니움의 형성을 방해하거나 생존을 저해할 수 있으며, 이는 마치 섬세한 결합이 완전히 형성되기도 전에 녹여버릴 수 있는 짙은 안개와 같이 작용합니다. 단순한 충돌과 더 무거운 원자핵 내부에서 발생하는 충돌 사이에서 이 입자들이 얼마나 자주 나타나는지를 비교함으로써, 물리학자들은 핵 환경이 입자 물리학의 법칙을 정확히 어떻게 변화시키는지 그려낼 수 있습니다.
CERN의 LHCb 실험을 사용하는 연구팀은 양성자를 아르곤 가스에 충돌시킴으로써 이 현상을 새롭게 살펴보았습니다. 대형 강입자 충돌기(LHC)는 양성자 빔을 기록적인 속도로 정면 충돌시키는 것으로 유명하지만, 이번 실험은 양성자 빔을 정지된 가스 구름 속으로 발사하는 독특한 설정을 활용했습니다. 이러한 고정 표적 방식 덕분에 과학자들은 이전에는 이 정도의 정밀도로 탐구되지 않았던 영역인, 핵자 쌍당 113 GeV의 특정 에너지 수준에서 충돌을 연구할 수 있었습니다. 연구팀은 두 가지 특정 유형의 차모니움인 J/psi와 psi(2S)에 집중했습니다. 이 두 입자는 본질적으로 같은 가족이지만, psi(2S)는 J/psi보다 더 들떠 있고 느슨하게 결합된 버전입니다. psi(2S)는 더 약하게 결합되어 있기 때문에, 이론적으로는 더 견고한 사촌인 J/psi보다 더 취약하며 주변의 핵 안개에 의해 파괴될 가능성이 더 높아야 합니다.
이를 조사하기 위해 연구진은 2024년에 수집된 데이터를 분석했는데, 당시에는 양성자 빔 경로에 수소와 아르곤 가스 구름을 주입했습니다. 수소 충돌은 핵 안개가 없는 깨끗한 환경을 나타내는 기준점 역할을 했으며, 아르곤 충돌은 아르곤 원자핵이 훨씬 크고 더 밀도 높은 환경을 조성하기 때문에 테스트 케이스를 제공했습니다. 각 유형의 충돌에서 생성된 J/psi와 psi(2S) 입자의 수를 계산함으로써, 팀은 두 입자의 생성율을 비교하는 비율을 산출했습니다. 그들은 양성자-양성자 충돌에서 psi(2S) 대 J/psi의 비율이 양성자-아르곤 충돌에서보다 약간 더 높다는 것을 발견했습니다. 구체적으로, 아르곤 충돌에서의 비율은 양성자 충돌보다 약 10% 낮았습니다. 이러한 차이는 아르곤 가스 내의 핵 환경이 J/psi에 미치는 영향보다 더 취약한 psi(2S) 입자의 생성을 실제로 더 많이 억제하고 있음을 시사합니다.
연구는 단 하나의 숫자에 머물지 않았습니다. 과학자들은 생성된 입자의 속도와 방향을 살펴봄으로써 그들의 발견을 세분화했습니다. 그들은 이 억제 효과가 입자들이 느리게 움직이며 양성자 빔에 대해 뒤쪽으로 향할 때 가장 두드러진다는 것을 관찰했습니다. 이 패턴은 입자들이 주변 물질과 상호작용할 시간이 더 많을 때 핵 안개가 이 입자들의 형성을 방해하는 데 가장 효과적이라는 생각과 일치합니다. 결과는 차모니움과 함께 이동하는 입자들, 즉 코모버(comovers)라고 알려진 모델과 핵 흡수를 고려한 이론적 모델들과 비교되었습니다. 데이터는 핵 매질이 psi(2S)의 형성을 능동적으로 방해하고 있다는 예측과 잘 부합하지만, 그 효과는 완만합니다.
이 연구는 이 특정 에너지에서 양성자-아르곤 충돌에 대한 이 비율을 최초로 정밀하게 측정한 것으로, 향후 연구를 위한 중요한 벤치마크 역할을 합니다. 연구진은 억제 효과를 가리키는 증거가 존재하지만, 데이터 샘플이 여전히 상대적으로 적기 때문에 더 높은 확실성을 가지고 발견을 확인하기 위해서는 더 큰 데이터셋이 필요할 것이라고 강조합니다. 이 측정의 성공 또한 고정 표적 모드로 작동하는 LHCb 검출기의 능력을 강조하며, 극한 조건에서 물질이 어떻게 행동하는지에 대한 더욱 상세한 조사의 문을 열어주었습니다. 서로 다른 가스 표적과 더 큰 데이터 샘플을 통해 이러한 측정을 계속 정교화함으로써, 물리학자들은 밀도가 높은 핵 환경 내에서 강한 힘이 어떻게 작동하는지에 대한 완전한 그림을 구축하고, 우주의 가장 작은 규모를 지배하는 근본적인 법칙을 밝혀내기를 희망하고 있습니다.
기술 요약: SMOG2를 이용한 sNN=113 GeV에서의 pAr 및 pp 충돌 내 ψ(2S)-to-J/ψ 포함 생성 비율의 첫 번째 측정
문제 제기 및 동기
프로톤-핵(proton-nucleus) 및 핵-핵(nucleus-nucleus) 충돌에서 차모늄(ccˉ 결합 상태)의 생성은 양자 색역학(QCD)을 탐구하는 중요한 도구 역할을 한다. 프로톤-핵 충돌에서 차모늄 생성은 핵 흡수, 다중 산란, 복사 에너지 손실, 동반 입자(comoving particles)에 의한 해리, 그리고 핵 내부의 파톤 플럭스(parton flux) 변화를 포함한 다양한 초기 및 최종 상태 효과의 영향을 받는다. 이러한 효과들은 쿼크-글루온 플라즈마 형성이 예상되는 중이온 충돌과 같은 더 큰 시스템에서 관찰되는 것과는 구별된다.
이러한 최종 상태 효과를 조사하기 위한 핵심 관측량은 들뜬 상태와 저에너지 차모늄 상태 간의 상대적 생성율, 즉 ψ(2S)-to-J/ψ 비율이다. ψ(2S) 공명 상태는 J/ψ 메존보다 결합력이 약기 때문에, 이론적으로 핵 환경 내의 억제 기제에 더 민감할 것으로 예상된다. 이러한 현상들은 더 큰 시스템에서는 연구되어 왔으나, 중간 에너지 영역의 프로톤-아르곤(pAr)과 같은 작은 시스템에서도 복잡한 효과들의 상호작용을 완전히 이해하기 위해 광범위한 실험 조건에 걸친 정밀한 측정이 요구된다.
방법론
본 분석은 LHCb 실험이 SMOG2(System for Measuring Overlap with Gas) 시스템을 사용하는 고정 타겟 구성으로 Run 3 동안 수집한 데이터를 활용한다. 이 연구는 LHC에서 순환하는 6800 GeV 프로톤과 정지된 수소(pp 충돌 유도) 및 아르곤(pAr 충돌 유도) 가스 타겟 사이의 충돌에 초점을 맞추며, 결과적으로 뉴클리온-뉴클리온 중심 질량 에너지 sNN=113 GeV를 생성한다.
- 데이터 샘플: 본 분석은 pAr 충돌을 위해 0.34 pb−1의 적분 휘도를, pp 충돌을 위해 (데이터 블록 D와 E를 결합하여) 8.6 pb−1의 적분 휘도를 사용한다.
- 이벤트 선택: J/ψ와 ψ(2S) 메존은 모두 반대 전하를 가진 뮤온 쌍(μ+μ−)으로 붕괴하는 경로를 통해 재구성된다. 이벤트는 특정 운동량 및 횡운동량 임계값을 요구하는 두 단계 소프트웨어 트리거 시스템(HLT1 및 HLT2)을 사용하여 선택되며, 불변 질량이 차모늄 상태와 일치해야 한다. 오프라인 선택은 이러한 기준을 더욱 정교화한다.
- 신호 추출: 신호 수율은 μ+μ− 불변 질량 분포에 대한 확장 최대 가능도 적합(extended maximum-likelihood fits)을 사용하여 결정된다. 신호는 두 개의 Crystal Ball 함수의 합으로 모델링되며, 배경(background)은 지수 함수로 기술된다.
- 효율 결정: 생성 단면적의 비율은 검출 효율에 대한 원시 수율 비율을 보정하여 계산된다. 이러한 효율(기하학적 수용성, 일차 정점 재구성, 트래킹, 트리거, 뮤온 식별)은 Pythia 8 및 EPOS로 생성된 시뮬레이션 샘플을 사용하여 추정되며, 캘리브레이션 샘플을 이용한 데이터 기반 기술(tag-and-probe)로 보정된다.
- 계통 불확실성: 불확실성은 운동학적 구간에 따라 상관적(correlated) 및 무상관적(uncorrelated)으로 분류된다. 원인은 신호 추출 모델링, 수용 효율 모델링(특히 pT 및 y∗ 스펙트럼), 일차 정점 재구성, 트래킹, 트리거, 그리고 뮤온 식별을 포함한다. 편광 효과는 다른 에너지에서의 이전 측정치를 근거로 0이라고 가정한다.
주요 기여 및 결과
본 논문은 sNN=113 GeV에서 pAr 및 pp 충돌 내의 포함 ψ(2S)-to-J/ψ 생성 단면적 비율에 대한 첫 번째 측정을 제시한다. 측정은 차모늄의 횡운동량(pT)과 중심 질량계에서의 라피디티(y∗)의 함수로서 수행되었으며, 0<pT<8 GeV/c 및 −2.3<y∗<0.0 범위를 다룬다.
- 적분 비율: 분기비(branching fraction)의 비율이 곱해진 측정된 단면적 비율 Rψ(2S)/J/ψ는 다음과 같다:
- pAr 충돌의 경우: (1.62±0.05 (stat)±0.06 (syst))×10−2
- pp 충돌의 경우: (1.79±0.05 (stat)±0.07 (syst))×10−2
- 이중 비율(Double Ratio): pp 결과에 대한 pAr 결과의 비율인 이중 비율은 다음과 같이 측정되었다:
RpAr/ppψ(2S)/J/ψ=0.90±0.04 (stat)±0.02 (syst)
이 값은 pp 충돌에 비해 pAr 충돌의 핵 환경에서 ψ(2S) 생성이 경미하게 억제됨을 나타낸다. - 운동학적 의존성: 데이터는 이러한 억제가 −2.3<y∗<−0.8 및 0.0<pT<1.5 GeV/c의 운동학적 범위에서 우선적으로 관찰됨을 시사한다. 결과는 두 충돌 시스템 모두에서 pT가 증가함에 따라 높아지는 경향을 보이며, 이는 더 높은 에너지의 pp 충돌(s=13 TeV) 및 더 낮은 에너지의 pp 충돌(s=200 GeV)에서 관찰된 경향과 일치한다.
- 모델과의 비교: 관찰된 억제는 차모늄과 동반 입자의 최종 상태 상호작용 및 핵 흡수를 고려하는 현상론적 예측과 일치한다. 초기 상태 효과(핵 파톤 분포 함수)의 영향은 이 비율에서 무시할 수 있는 수준(1% 미만)으로 추정된다.
의의
본 연구는 LHCb 실험이 접근 가능한 더 큰 충돌 시스템에 관한 미래 측정치를 해석하기 위한 기준(baseline)을 확립한다. 이 결과는 충돌 에너지 sNN∼100 GeV에서 억제 효과에 대한 가장 정밀한 측정을 제공한다. 또한, 본 분석은 고정 타겟 물리학에서 SMOG2 시스템의 성능에 대한 개념 증명(proof of principle) 역할을 하며, 고정밀 차모늄 측정을 전달할 수 있는 능력을 입증한다. 본 논문은 현재의 데이터가 억제 효과를 나타내고 있으나, 이를 더 높은 통계적 유의성으로 확인하기 위해서는 더 큰 데이터 샘플이 필요하다고 결론짓는다. 향후 측정은 더 넓은 다양성의 가스 타겟과 더 큰 데이터 세트를 활용하여 이러한 핵 효과를 더욱 깊이 탐구할 것이다.
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