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The UPC related physics in heavy-ion collisions 查王妹 中国科学技大学 近代物理系 1 第十八届全国中高能核物理大会第十二届全国中高能 核物理专题沙,湖南 2019年6月21-25日 In collaborate with: Lijuan Ruan, Zebo Tang, Zhangbu Xu Shuai Yang

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The UPC related physics in heavy-ion

collisions

查王妹中国科学技术大学 近代物理系

1

第十八届全国中高能核物理大会暨第十二届全国中高能核物理专题研讨会

长沙,湖南 2019年6月21-25日

In collaborate with: Lijuan Ruan,

Zebo Tang, Zhangbu Xu

Shuai Yang

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Photon interactions in A+A

= +

Electromagnetic interactionPhoton-photon

interactionsPhoton-nucleus

interactions

V=r , w , f , J/y

This large flux of quasi-real photons makes a hadron collider

also a photon collider!

Photon-nucleus interactions: Vector meson

Photon-photon interactions: dileptons …

Ann. Rev. Nucl.

Part. Sci.55:271

(2005)

中高能核物理大会 ---查王妹

Studied in ultra-peripheral collisions (UPC) to reject hadronic

background.

22019年6月24日

Physics

Today 70,

10, 40

(2017)

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Vector meson photon-production

3

Vector meson production: chargeless ‘Pomeron exchange’

Light meson production usually

treated via vector meson

dominance model:

r, direct p+p-, w….

Heavy meson production

treated with pQCD:J/y, y’, U(1S), U(2S), U(3S)…

Sensitive to the gluon

distribution:

中高能核物理大会 ---查王妹

𝑥 =𝑀𝑉𝑒

±𝑦

𝑠𝑄2 = 𝑀𝑉

2/4

2019年6月24日

EPJC 77 (2017) 163

PRD 93 (2016) 085037

Huge uncertainties!

Q2 =2.4 GeV2

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The J/y photoproduction in UPCs

中高能核物理大会 ---查王妹 42019年6月24日

EPJC 73 (2013) 2617

PLB 718 (2013) 1273

PLB 772 (2017) 489

LHCb-CONF-2018-003

arXiv: 1904.06272

Various precise measurements!

The constrain on nPDF?

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The framework: impulse approximation

中高能核物理大会 ---查王妹 52019年6月24日

Equivalent photon approximationZ. Cao etal., Chin. Phys. C43

(2019) 064103

𝑑𝐴/𝑑𝑡|𝑡=0= 𝑑𝑝/𝑑𝑡|𝑡=0 × 𝐴2impulse approximation

𝑑𝑝/𝑑𝑡|𝑡=0= 𝑝 × b

𝑑𝑝/𝑑𝑡= 0 × 𝑒−𝑏𝑡

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The results: impulse approximation

中高能核物理大会 ---查王妹 62019年6月24日

shadowing

The impulse approximation significantly overestimates the data =>

Significant shadowing effect

The difference becomes smaller towards forward rapidity => Less

shadowing effect towards high x

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The EPSS16 and nCTEQ15 nPDF sets

中高能核物理大会 ---查王妹 72019年6月24日

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The Bayesian reweighting of nuclear PDFs

中高能核物理大会 ---查王妹 82019年6月24日

The PDFs replica 𝑓𝑘 can be constructed by the Hessian error set:

Any quantity depending on PDFs can be determined via:

For a new measurement, , the reweighted PDF could

be evaluated by:

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The reweighting nPDF for EPSS16 and nCTEQ15

中高能核物理大会 ---查王妹 92019年6月24日

The reweighting dramatically reduce the uncertainty band of EPPS and

nCTEQ15 PDF sets.

Significant shadowing effect has been observed in both reweighting

PDF sets at small x.

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The reweighting nPDF

中高能核物理大会 ---查王妹 102019年6月24日

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The reweighting nPDF

中高能核物理大会 ---查王妹 112019年6月24日

Reweighting Reweighting

Reweighting Reweighting

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To test the Wave-particle duality

中高能核物理大会 ---查王妹 12

e+

e+ e-

e-

J/y

J/y

The choice without

information: Which is photon emitter?

Which is the Pomeron

provider?The slits: two colliding nucleiInterferometer of individual J/y

J/y

e+

e-

The parity of J/y is -1, the phase

shift between the two slits is p

Slit separation

b=15 fm

Interference fringes + diffraction rings

2019年6月24日

Interference of particle species: photon, electron,

proton, neutron, atom, molecule, fullerene…

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From UPC to HHIC: J/y exess

CLHCP2018 - Wangmei Zha 13

PRL 116, 222301 (2016)

Coherent produced J/ys are observed in HHIC!

The reaction plane can be determined in HHIC.

arXiv:1904.11658

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Can we change the distance between the slits?

14

70 - 80%

40 - 50%

20 - 30%

The slit separation ---

impact parameter can

be precisely

determined by the

detector!

中高能核物理大会 ---查王妹2019年6月24日

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Can we dim one of the slits?

15

Y=0

Y=0.6

Y=1.4

b = 10 fm

中高能核物理大会 ---查王妹

The photon energy from

the two direction :

𝑤1 =1

2𝑀J/y𝑒

+𝑦

𝑤2 =1

2𝑀J/y𝑒

−𝑦

The amplitude from the

two direction will change

with rapidity!

2019年6月24日

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Observation Affects Reality!

中高能核物理大会 ---查王妹 16

Take the Young’s Double-Slit Interference Experiment as example:

If we place detectors at the slits, knows which slit the photon goes

(“which-way” or “path” solved), the interference pattern disappear!

--- Observation collapse the wave function!

The strong interactions in overlap region detect the J/y, and prohibit

the coherent photoproduction?

2019年6月24日

J. Phys.: Conf. Ser. 856 (2017) 012002

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The interference with observation effect

中高能核物理大会 ---查王妹 17

70 - 80%

40 - 50%

20 - 30%

Exclude the amplitude in

the overlap region!

y = 0 b = 10 fm

The interference and

diffraction pattern

change significantly with

the observation effect!

2019年6月24日

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The observation effect on cross section

中高能核物理大会 ---查王妹 18

The observation effect significantly reduce the cross section!

The calculations with observation effect describe the data better!

More precise experimental measurements are needed

2019年6月24日

W. Zha etal., Phys. Rev. C 99, 061901(R)

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Summary

中高能核物理大会 ---查王妹 192019年6月24日

Constrain the nuclear PDF:

Test the Wave-particle duality

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Backup

中高能核物理大会 ---查王妹

Use mpulse approximation for proton reference

VMD approach describe the

data reasonably well!

Significant shadowing effect at small x!

NPA 967 (2017) 273

LHCb-CONF-2018-003

JHEP 1310, 207 (2013)

EPJC 73 (2013) 2617

PLB 718 (2013) 1273

PLB 772 (2017) 489

EPJC 77 (2017) 163 PRD 93 (2016) 085037

202019年6月24日