ALICE misura la sezione d'urto della fotoproduzione di J/Ψ e di coppie e+e- in eventi Pb-Pb

Pubblicato Lunedì, 9 dicembre 2013

Quando si parla di urti tra ioni piombo a LHC ci immaginiamo eventi con migliaia di particelle nei rivelatori.
E’ spesso così, ma non sempre. La collaborazione ALICE ha recentemente pubblicato su EPJ-C (http://link.springer.com/content/pdf/10.1140/epjc/s10052-013-2617-1) l’analisi degli eventi di fotoproduzione esclusiva di J/Ψ in interazioni Pb-Pb, caratterizzati dalla presenza di due soli leptoni nel barrel e nessun’altra particella negli altri rivelatori. Per separare eventi con molteplicità così bassa dal fondo è stata usata una coincidenza tra il trigger del TOF (due hit geometricamente back-to-back), il trigger del Silicon Pixel Detector (almeno 2 hit), oltre all’assenza di segnale negli scintillatori plastici in avanti (V0).
L’analisi dei dati, effettuata dai gruppi di Bologna, PAL (Polonia) e Salerno, costituisce il primo studio di fotoproduzione di J/Ψ in eventi nucleo-nucleo con sufficiente statistica (a RHIC la statistica era di circa 10 eventi, pubblicati da PHENIX nel 2009): le oltre 600 J/Ψ ricostruite da ALICE hanno permesso di verificare che la funzione di struttura dei gluoni nel nucleo è molto diversa da quella che si otterrebbe dalla semplice sovrapposizione delle funzioni di struttura dei singoli nucleoni (gluon shadowing).
Lo studio della massa invariante delle coppie elettrone-positrone al di fuori del picco della J/Ψ ha consentito inoltre di studiare gli eventi in cui due fotoni, radiati dai nuclei di piombo, danno origine a una coppia elettrone-positrone. La sezione d’urto di tale processo, anche a causa dell’elevata carica elettrica del Pb, non è semplice da calcolare: nel diagramma di Feynman ciascun vertice non contribuisce all’ampiezza come √α ma Z√α: l’inclusione degli ordini superiori è pertanto non semplice (Phys. Rev. C75 (2007) 034903). Alcuni modelli che includono tali ordini superiori prevedevano una diminuzione della sezione d’urto fino al 30%. L’esperimento STAR a RHIC ha mostrato che il risultato sperimentale, al contrario, fornisce una sezione d’urto compatibile entro 2σ con i modelli basati sulla QED all’ordine più basso.
ALICE migliora la precisione di STAR di un fattore circa 2 (si passa da un errore del 22% (stat+sys) al 12%) e conferma il risultato di STAR: i dati sono in accordo con modelli che non includono ordini superiori entro 1.51σ (o 1σ) a masse invarianti minori (maggiori) del picco della J/Ψ. Nella figura, scelta come copertina di EPJ-C del volume 73, numero 11, è mostrata la distribuzione in massa invariante delle coppie elettrone-positrone tra 2.2 e 2.6 GeV/c² , confrontate con STARLIGHT, un generatore di eventi che implementa i processi di QED all’ordine più basso. Risultati simili sono stati ottenuti nell’intervallo di massa invariante tra 3.7 e 10 GeV/c².