Journal Article GSI-2026-00206

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First polarisation measurement of coherently photoproduced $J/ψ$ in ultra-peripheral Pb–Pb collisions at $\sqrt{s_{NN}}$ = 5.02 TeV

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2025
North-Holland Publ. Amsterdam

Physics letters / B 865, 139466 - () [10.1016/j.physletb.2025.139466]

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Report No.: CERN-EP-2023-068; arXiv:2304.10928

Abstract: The first measurement of the polarisation of coherently photoproduced $J/ψ$ mesons in ultra-peripheral Pb–Pb collisions, using data at $\sqrt{s_{NN}}$ = 5.02 TeV, is presented. The $J/ψ$ meson is measured via its dimuon decay channel in the forward rapidity interval −4.0 < $y$ <−2.5 using the ALICE detector at the CERN LHC. An event sample corresponding to an integrated luminosity of 750 $μb^{−1}±$ 5% (syst) is analysed. Hadronic activity is highly suppressed since the interaction is mediated by a photon. The polar and azimuthal angle distributions of the decay muons are measured, and the polarisation parameters $λ_{θ}, λ_{φ}, λ_{θφ}$ are extracted. The analysis is carried out in the helicity frame. The results are found to be consistent with a transversely polarised $J/ψ$. These values are compared with previous measurements by the H1 and ZEUS experiments. The polarisation parameters of coherent $J/ψ$ photoproduction in Pb–Pb collisions are found to be consistent with the s-channel helicity conservation hypothesis.

Keyword(s): muon: decay ; helicity: conservation law ; dimuon: decay ; dimuon: angular correlation ; dimuon: final state ; polarization ; meson ; TeV ; mediation ; CERN Lab ; photoproduction ; ZEUS ; photon ; ALICE ; dimuon: transverse momentum ; numerical calculations ; interpretation of experiments: CERN LHC Coll ; rapidity ; suppression ; coherence

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Note: Published by Elsevier B.V. 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)
Experiment(s):
  1. LHC: ALICE

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 Record created 2026-01-09, last modified 2026-03-05