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Title: Production of light (anti)nuclei in pp collisions at $$ \sqrt{s} $$ = 13 TeV
A bstract Understanding the production mechanism of light (anti)nuclei is one of the key challenges of nuclear physics and has important consequences for astrophysics, since it provides an input for indirect dark-matter searches in space. In this paper, the latest results about the production of light (anti)nuclei in pp collisions at $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV are presented, focusing on the comparison with the predictions of coalescence and thermal models. For the first time, the coalescence parameters B 2 for deuterons and B 3 for helions are compared with parameter-free theoretical predictions that are directly constrained by the femtoscopic measurement of the source radius in the same event class. A fair description of the data with a Gaussian wave function is observed for both deuteron and helion, supporting the coalescence mechanism for the production of light (anti)nuclei in pp collisions. This method paves the way for future investigations of the internal structure of more complex nuclear clusters, including the hypertriton.
Authors:
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Award ID(s):
2012154 1719759
Publication Date:
NSF-PAR ID:
10338993
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2022
Issue:
1
ISSN:
1029-8479
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. Abstract The study of (anti-)deuteron production in pp collisions has proven to be a powerful tool to investigate the formation mechanism of loosely bound states in high-energy hadronic collisions. In this paper the production of $$\text {(anti-)deuterons}$$ (anti-)deuterons is studied as a function of the charged particle multiplicity in inelastic pp collisions at $$\sqrt{s}=13$$ s = 13 TeV using the ALICE experiment. Thanks to the large number of accumulated minimum bias events, it has been possible to measure (anti-)deuteron production in pp collisions up to the same charged particle multiplicity ( $${\mathrm {d} N_{ch}/\mathrm {d} \eta } \sim 26$$ dmore »N ch / d η ∼ 26 ) as measured in p–Pb collisions at similar centre-of-mass energies. Within the uncertainties, the deuteron yield in pp collisions resembles the one in p–Pb interactions, suggesting a common formation mechanism behind the production of light nuclei in hadronic interactions. In this context the measurements are compared with the expectations of coalescence and statistical hadronisation models (SHM).« less
  2. Abstract The study of the production of nuclei and antinuclei in pp collisions has proven to be a powerful tool to investigate the formation mechanism of loosely bound states in high-energy hadronic collisions. In this paper, the production of protons, deuterons and $$^{3}\mathrm {He}$$ 3 He and their charge conjugates at midrapidity is studied as a function of the charged-particle multiplicity in inelastic pp collisions at $$\sqrt{s}=5.02$$ s = 5.02 TeV using the ALICE detector. Within the uncertainties, the yields of nuclei in pp collisions at $$\sqrt{s}=5.02$$ s = 5.02 TeV are compatible with those in pp collisions at differentmore »energies and to those in p–Pb collisions when compared at similar multiplicities. The measurements are compared with the expectations of coalescence and Statistical Hadronisation Models. The results suggest a common formation mechanism behind the production of light nuclei in hadronic interactions and confirm that they do not depend on the collision energy but on the number of produced particles.« less
  3. A bstract A measurement of the inclusive b-jet production cross section is presented in pp and p-Pb collisions at $$ \sqrt{s_{\mathrm{NN}}} $$ s NN = 5 . 02 TeV, using data collected with the ALICE detector at the LHC. The jets were reconstructed in the central rapidity region |η| < 0 . 5 from charged particles using the anti- k T algorithm with resolution parameter R = 0 . 4. Identification of b jets exploits the long lifetime of b hadrons, using the properties of secondary vertices and impact parameter distributions. The p T -differential inclusive production cross section ofmore »b jets, as well as the corresponding inclusive b-jet fraction, are reported for pp and p-Pb collisions in the jet transverse momentum range 10 ≤ p T , ch jet ≤ 100 GeV/ c , together with the nuclear modification factor, $$ {R}_{\mathrm{pPb}}^{\mathrm{b}-\mathrm{jet}} $$ R pPb b − jet . The analysis thus extends the lower p T limit of b-jet measurements at the LHC. The nuclear modification factor is found to be consistent with unity, indicating that the production of b jets in p-Pb at $$ \sqrt{s_{\mathrm{NN}}} $$ s NN = 5 . 02 TeV is not affected by cold nuclear matter effects within the current precision. The measurements are well reproduced by POWHEG NLO pQCD calculations with PYTHIA fragmentation.« less
  4. A bstract Jet production in lead-lead (PbPb) and proton-proton (pp) collisions at a nucleon-nucleon center-of-mass energy of 5.02 TeV is studied with the CMS detector at the LHC, using PbPb and pp data samples corresponding to integrated luminosities of 404 μ b − 1 and 27.4 pb − 1 , respectively. Jets with different areas are reconstructed using the anti- k T algorithm by varying the distance parameter R . The measurements are performed using jets with transverse momenta ( p T ) greater than 200 GeV and in a pseudorapidity range of |η| < 2. To reveal the mediummore »modification of the jet spectra in PbPb collisions, the properly normalized ratio of spectra from PbPb and pp data is used to extract jet nuclear modification factors as functions of the PbPb collision centrality, p T and, for the first time, as a function of R up to 1.0. For the most central collisions, a strong suppression is observed for high- p T jets reconstructed with all distance parameters, implying that a significant amount of jet energy is scattered to large angles. The dependence of jet suppression on R is expected to be sensitive to both the jet energy loss mechanism and the medium response, and so the data are compared to several modern event generators and analytic calculations. The models considered do not fully reproduce the data.« less
  5. A bstract The transverse momentum ( p T ) differential cross section of the charm-strange baryon $$ {\Xi}_{\mathrm{c}}^0 $$ Ξ c 0 is measured at midrapidity (| y | < 0.5) via its semileptonic decay into e + Ξ − ν e in pp collisions at $$ \sqrt{s} $$ s = 5 . 02 TeV with the ALICE detector at the LHC. The ratio of the p T -differential $$ {\Xi}_{\mathrm{c}}^0 $$ Ξ c 0 -baryon and D 0 -meson production cross sections is also reported. The measurements are compared with simulations with different tunes of the PYTHIA 8 eventmore »generator, with predictions from a statistical hadronisation model (SHM) with a largely augmented set of charm-baryon states beyond the current lists of the Particle Data Group, and with models including hadronisation via quark coalescence. The p T -integrated cross section of prompt $$ {\Xi}_{\mathrm{c}}^0 $$ Ξ c 0 -baryon production at midrapidity is also reported, which is used to calculate the baryon-to-meson ratio $$ {\Xi}_{\mathrm{c}}^0 $$ Ξ c 0 / D 0 = 0 . 20 ± 0 . 04 $$ {\left(\mathrm{stat}.\right)}_{-0.07}^{+0.08} $$ stat . − 0.07 + 0.08 (syst . ). These results provide an additional indication of a modification of the charm fragmentation from e + e − and e − p collisions to pp collisions.« less