Journal Article GSI-2025-00222

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Measurement of (anti)alpha production in central Pb–Pb collisions at $\sqrt{^{s}NN}=5.02 TeV$

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2024
North-Holland Publ. Amsterdam

Physics letters / B 858, 138943 () [10.1016/j.physletb.2024.138943]

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Report No.: CERN-EP-2023-255; arXiv:2311.11758

Abstract: In this letter, measurements of (anti)alpha production in central (0–10%) Pb–Pb collisions at a center-of-mass energy per nucleon–nucleon pair of $\sqrt{s_{NN}}$ = 5.02 TeV are presented, including the first measurement of an antialpha transverse-momentum spectrum. Owing to its large mass, the production of (anti)alpha is expected to be sensitive to different particle production models. The production yields and transverse-momentum spectra of nuclei are of particular interest because they provide a stringent test of these models. The averaged antialpha and alpha spectrum is compared to the spectra of lighter particles, by including it into a common blast-wave fit capturing the hydrodynamic-like flow of all particles. This fit is indicating that the (anti)alpha also participates in the collective expansion of the medium created in the collision. A blast-wave fit including only protons, (anti)alpha, and other light nuclei results in a similar flow velocity as the fit that includes all particles. A similar flow velocity, but a significantly larger kinetic freeze-out temperature is obtained when only protons and light nuclei are included in the fit. The coalescence parameter $B_4$ is well described by calculations from a statistical hadronization model but significantly underestimated by calculations assuming nucleus formation via coalescence of nucleons. Similarly, the (anti)alpha-to-proton ratio is well described by the statistical hadronization model. On the other hand, coalescence calculations including approaches with different implementations of the (anti)alpha substructure tend to underestimate the data.

Keyword(s): hadronization: statistical ; transverse momentum: momentum spectrum ; hadronization: model ; flow: velocity ; freeze-out: temperature ; heavy ion: scattering ; model: production ; freeze-out: kinetic ; nucleon: pair ; coalescence ; blast wave ; light nucleus ; TeV ; structure ; Brookhaven RHIC Coll ; fireball ; inelastic scattering ; PYTHIA ; helium ; lead ; collective ; formation ; nucleus

Classification:

Note: Phys. Lett. B 858 (2024) 138943. 29 pages, 5 captioned figures, 2 tables, authors from page 23, published version, figures at http://alice-publications.web.cern.ch/node/10257. Funded by SCOAP³. This is an open access article under the CC BY license (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

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)
  8. DFG project G:(GEPRIS)491382106 - Open-Access-Publikationskosten / 2025-2027 / GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung (491382106) (491382106)
Experiment(s):
  1. LHC: ALICE

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