Journal Article GSI-2026-00125

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Exclusive photoproduction of excited ρ mesons decaying to four pions in ultraperipheral Pb–Pb collisions at $\sqrt{s_{NN}}$ = 5.02 TeV

 ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;

2026
North-Holland Publ. Amsterdam

Physics letters / B 872, 140006 - () [10.1016/j.physletb.2025.140006]

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Report No.: CERN-EP-2024-104; arXiv:2404.07542

Abstract: The intense photon fluxes from relativistic nuclei provide an opportunity to study photonuclear interactions in ultraperipheral collisions. In particular, it allows for the investigations of excited, light-flavour vector mesons. The measurement of coherently photoproduced <math altimg='si6.svg'><mrow><msup><mi>π</mi><mo>+</mo></msup><msup><mi>π</mi><mo>−</mo></msup><msup><mi>π</mi><mo>+</mo></msup><msup><mi>π</mi><mo>−</mo></msup></mrow></math> final states in ultraperipheral Pb–Pb collisions at <math altimg='si7.svg'><mrow><msqrt><msub><mi>s</mi><mtext>NN</mtext></msub></msqrt><mspace width='0.33em'/><mo linebreak='goodbreak'>=</mo><mspace width='0.33em'/><mn>5.02</mn></mrow></math> TeV is presented for the first time. The cross section, dσ/dy, times the branching ratio (<math altimg='si8.svg'><mrow><mi>ρ</mi><mo>→</mo><msup><mi>π</mi><mo>+</mo></msup><msup><mi>π</mi><mo>+</mo></msup><msup><mi>π</mi><mo>−</mo></msup><msup><mi>π</mi><mo>−</mo></msup></mrow></math>) is found to be 47.8 ± 2.3 (stat.) ± 7.7 (syst.) mb in the rapidity interval |y| < 0.5. The invariant mass distribution is not well described with a single Breit-Wigner resonance without an interference term. Including interference with a non-resonant contribution results in the mass and width values being too far from those reported in PDG, while the production of two interfering resonances, ρ(1450) and ρ(1700), also provides a good description of the data. The values of the masses (m) and widths (Γ) of the resonances extracted from the fit assuming two interfering resonances are <math altimg='si9.svg'><mrow><msub><mi>m</mi><mn>1</mn></msub><mo linebreak='goodbreak'>=</mo><mn>1385</mn><mo>±</mo><mn>14</mn><mspace width='0.33em'/><mrow><mo mathvariant='normal'>(</mo><mtext>stat</mtext><mo>.</mo><mo>)</mo></mrow><mo>±</mo><mn>3</mn><mspace width='0.33em'/><mrow><mo mathvariant='normal'>(</mo><mtext>syst</mtext><mo>.</mo><mo>)</mo></mrow></mrow></math> MeV/ c<sup loc='post'>2</sup>, <math altimg='si10.svg'><mrow><msub><mstyle mathvariant='normal'><mi>Γ</mi></mstyle><mn>1</mn></msub><mo linebreak='goodbreak'>=</mo><mn>431</mn><mo>±</mo><mn>36</mn><mspace width='0.33em'/><mrow><mo mathvariant='normal'>(</mo><mtext>stat</mtext><mo>.</mo><mo>)</mo></mrow><mo>±</mo><mn>82</mn><mspace width='0.33em'/><mrow><mo mathvariant='normal'>(</mo><mtext>syst</mtext><mo>.</mo><mo>)</mo></mrow></mrow></math> MeV/ c<sup loc='post'>2</sup>, <math altimg='si11.svg'><mrow><msub><mi>m</mi><mn>2</mn></msub><mo linebreak='goodbreak'>=</mo><mn>1663</mn><mo>±</mo><mn>13</mn><mspace width='0.33em'/><mrow><mo mathvariant='normal'>(</mo><mtext>stat</mtext><mo>.</mo><mo>)</mo></mrow><mo>±</mo><mn>22</mn><mspace width='0.33em'/><mrow><mo mathvariant='normal'>(</mo><mtext>syst</mtext><mo>.</mo><mo>)</mo></mrow></mrow></math> MeV/ c<sup loc='post'>2</sup> and <math altimg='si12.svg'><mrow><msub><mstyle mathvariant='normal'><mi>Γ</mi></mstyle><mn>2</mn></msub><mo linebreak='goodbreak'>=</mo><mn>357</mn><mspace width='0.33em'/><mo>±</mo><mn>31</mn><mspace width='0.33em'/><mrow><mo mathvariant='normal'>(</mo><mtext>stat</mtext><mo>.</mo><mo>)</mo></mrow><mo>±</mo><mn>49</mn><mspace width='0.33em'/><mrow><mo mathvariant='normal'>(</mo><mtext>syst</mtext><mo>.</mo><mo>)</mo></mrow></mrow></math> MeV/ c<sup loc='post'>2</sup>, respectively. The measured cross sections times the branching ratios are compared to recent theoretical predictions.

Keyword(s): heavy ion: scattering ; pi: photoproduction ; cross section: measured ; resonance: Breit-Wigner ; peripheral ; branching ratio ; TeV ; rho(1450) ; rho(1700) ; photon ; nucleus ; rapidity ; mass spectrum ; lead ; CERN LHC Coll ; transverse momentum ; gold ; Brookhaven RHIC Coll ; detector: pixel ; Ultraperipheral collisions ; Exclusive photoproduction ; Vector mesons

Classification:

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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)
Experiment(s):
  1. LHC: ALICE

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