Journal Article GSI-2023-00133

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Exploring the NΛ–NΣ coupled system with high precision correlation techniques at the LHC

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2022
North-Holland Publ. Amsterdam

Physics letters / B 833, 137272 () [10.1016/j.physletb.2022.137272]

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Report No.: CERN-EP-2021-051; arXiv:2104.04427

Abstract: The interaction of Λ and Σ hyperons (Y) with nucleons (N) is strongly influenced by the coupled-channel dynamics. Due to the small mass difference of the NΛ and NΣ systems, the sizable coupling strength of the NΣ↔NΛ processes constitutes a crucial element in the determination of the NΛ interaction. In this letter we present the most precise measurements on the interaction of pΛ pairs, from zero relative momentum up to the opening of the NΣ channel. The correlation function in the relative momentum space for pΛ⊕p‾Λ‾ pairs measured in high-multiplicity triggered pp collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV at the LHC is reported. The opening of the inelastic NΣ channels is visible in the extracted correlation function as a cusp-like structure occurring at relative momentum k$^*$ = 289MeV/c. This represents the first direct experimental observation of the NΣ↔NΛ coupled channel in the pΛ system. The correlation function is compared with recent chiral effective field theory calculations, based on different strengths of the NΣ↔NΛ transition potential. A weaker coupling, as possibly supported by the present measurement, would require a more repulsive three-body NNΛ interaction for a proper description of the Λ in-medium properties, which has implications on the nuclear equation of state and for the presence of hyperons inside neutron stars.

Keyword(s): nucleon Lambda: interaction ; up: momentum ; effective field theory: chiral ; nucleus: equation of state ; potential: transition ; p p: scattering ; correlation function ; coupled channel ; CERN LHC Coll ; hyperon ; coupling constant ; mass difference ; neutron star ; correlation ; 13000 GeV-cms/nucleon

Classification:

Note: Phys.Lett.B 833 (2022) 137272. 19 pages, 2 captioned figures, 2 tables, authors from page 14, published version, figures at http://alice-publications.web.cern.ch/node/7048SCOAP3. Published by the American Physical Society under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International license.

Contributing Institute(s):
  1. ALICE (ALI)
  2. Detektorlabor (DTL)
  3. IT (CIT)
  4. ExtreMe Matter Institute, EMMI (EXM)
  5. Collaboration CERN: ALICE (ALICE@CERN)
Research Program(s):
  1. 612 - Cosmic Matter in the Laboratory (POF4-612) (POF4-612)
  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 2022
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