Journal Article GSI-2021-00172

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Measurement of the low-energy antideuteron inelastic cross section

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2020
APS College Park, Md.

Physical review letters 125(16), 162001 () [10.1103/PhysRevLett.125.162001]

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Report No.: CERN-EP-2020-078; arXiv:2005.11122

Abstract: In this Letter, we report the first measurement of the inelastic cross section for antideuteron-nucleus interactions at low particle momenta, covering a range of 0.3 ≤ p < 4 GeV/c. The measurement is carried out using p-Pb collisions at a center-of-mass energy per nucleon–nucleon pair of $\sqrt{s_{\rm NN}}$ = 5.02 TeV, recorded with the ALICE detector at the CERN LHC and utilizing the detector material as an absorber for antideuterons and antiprotons. The extracted raw primary antiparticle-to-particle ratios are compared to the results from detailed ALICE simulations based on the geant4 toolkit for the propagation of (anti)particles through the detector material. The analysis of the raw primary (anti)proton spectra serves as a benchmark for this study, since their hadronic interaction cross sections are well constrained experimentally. The first measurement of the inelastic cross section for antideuteron-nucleus interactions averaged over the ALICE detector material with atomic mass numbers ⟨A⟩ = 17.4 and 31.8 is obtained. The measured inelastic cross section points to a possible excess with respect to the Glauber model parametrization used in geant4 in the lowest momentum interval of 0.3 ≤ p < 0.47 GeV/c up to a factor 2.1. This result is relevant for the understanding of antimatter propagation and the contributions to antinuclei production from cosmic ray interactions within the interstellar medium. In addition, the momentum range covered by this measurement is of particular importance to evaluate signal predictions for indirect dark-matter searches.

Keyword(s): p: spectrum ; cosmic radiation: interaction ; antinucleus: production ; model: Glauber ; antideuteron ; ALICE ; propagation ; parametrization ; nucleon nucleon ; interpretation of experiments: CERN LHC Coll ; antiparticle ; dark matter ; numerical calculations ; antimatter ; benchmark ; CERN Lab ; anti-p ; GEANT

Classification:

Note: 19 pages, 4 captioned figures, authors from page 14, fixed, submitted to PRL, figures at http://alice-publications.web.cern.ch/node/6219 ; publication: Phys.Rev.Lett. 125 16 (2020) 162001 ; ;CC-BY 4.0 "Published by the American Physical Society under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International license. Further distribution of this work must maintain attribution to the author(s) and the published article’s title, journal citation, and DOI."

Contributing Institute(s):
  1. ALICE (ALI)
  2. Detektorlabor (DTL)
  3. IT (CIT)
  4. ExtreMe Matter Institute (EMMI) (EXM)
Research Program(s):
  1. 612 - Cosmic Matter in the Laboratory (POF3-612) (POF3-612)
  2. HGS-HIRe - HGS-HIRe for FAIR (HGS-HIRe) (HGS-HIRe)
  3. SUC-GSI-Heidelberg - Strategic university cooperation GSI-U Heidelberg (SUC-GSI-HE) (SUC-GSI-HE)
  4. SUC-GSI-Frankfurt - Strategic university cooperation GSI-U Frankfurt/M (SUC-GSI-FR) (SUC-GSI-FR)
  5. SUC-GSI-Darmstadt - Strategic university cooperation GSI-TU Darmstadt (SUC-GSI-DA) (SUC-GSI-DA)
Experiment(s):
  1. LHC: ALICE

Appears in the scientific report 2020
Database coverage:
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Private Institute collections > >WGF > CIT
Infrastructure > Detector Laboratory
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 Record created 2021-01-21, last modified 2023-03-17