Journal Article GSI-2025-00203

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Photoproduction of K$^{+}$K$^{-}$ Pairs in Ultraperipheral Collisions

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2024
APS College Park, Md.

Physical review letters 132(22), 222303 () [10.1103/PhysRevLett.132.222303]

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Report No.: CERN-EP-2023-248; arXiv:2311.11792

Abstract: K$^{+}$K$^{-}$ pairs may be produced in photonuclear collisions, either from the decays of photoproduced ϕ(1020) mesons or directly as nonresonant K$^{+}$K$^{-}$ pairs. Measurements of K$^{+}$K$^{-}$ photoproduction probe the couplings between the ϕ(1020) and charged kaons with photons and nuclear targets. The kaon-proton scattering occurs at energies far above those available elsewhere. We present the first measurement of coherent photoproduction of K$^{+}$K$^{-}$ pairs on lead ions in ultraperipheral collisions using the ALICE detector, including the first investigation of direct K$^{+}$K$^{-}$ production. There is significant K$^{+}$K$^{-}$ production at low transverse momentum, consistent with coherent photoproduction on lead targets. In the mass range 1.1 < M$_{KK}$ < 1.4 GeV/c$^2$ above the ϕ(1020) resonance, for rapidity |y$_{KK}$| < 0.8 and p$_{T,KK}$ < 0.1 GeV/c, the measured coherent photoproduction cross section is dσ/dy = 3.37±0.61(stat)±0.15(syst) mb. The center-of-mass energy per nucleon of the photon-nucleus (Pb) system W$_{γPb,n}$ ranges from 33 to 188 GeV, far higher than previous measurements on heavy-nucleus targets. The cross section is larger than expected for ϕ(1020) photoproduction alone. The mass spectrum is fit to a cocktail consisting of ϕ(1020) decays, direct K$^{+}$K$^{-}$ photoproduction, and interference between the two. The confidence regions for the amplitude and relative phase angle for direct K$^{+}$K$^{-}$ photoproduction are presented.

Keyword(s): K: photoproduction ; transverse momentum: low ; lead: ion ; lead: target ; nucleus: target ; GeV ; coherence ; nucleon ; photon ; interference ; ALICE ; photon nucleus ; mass spectrum ; K+ ; K- ; Phi(1020) ; K: mass ; Breit-Wigner ; time projection chamber ; time-of-flight ; cross section ; meson ; rapidity

Classification:

Note: Phys. Rev. Lett. 132 (2024) 222303. 18 pages, 3 captioned figures, authors from page 12, published version, figures at http://alice-publications.web.cern.ch/node/10259. 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)
  6. STRONG-2020 - The strong interaction at the frontier of knowledge: fundamental research and applications (824093) (824093)
  7. CosmicAntiNuclei - Constraining cosmic antinuclei fluxes for indirect dark matter searches with precision measurements of rare antimatter cluster formation (950692) (950692)
Experiment(s):
  1. LHC: ALICE

Appears in the scientific report 2024
Database coverage:
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Infrastructure > Detector Laboratory
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 Record created 2025-01-13, last modified 2025-02-04