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Observation of coherent $\phi$(1020) meson photoproduction in ultraperipheral PbPb collisions at $\sqrt{s_\text{NN}}$ = 5.36 TeV

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2025

[10.3204/PUBDB-2025-01757]  GO

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Report No.: CERN-EP-2025-051; CMS-HIN-24-009; arXiv:2504.05193

Abstract: The first observation of coherent $\phi$(1020) meson photoproduction off heavy nuclei is presented using ultraperipheral lead-lead collisions at a center-of-mass energy per nucleon pair of 5.36 TeV. The data were collected by the CMS experiment and correspond to an integrated luminosity of 1.68 $\mu$b$^{-1}$. The $\phi$(1020) meson signals are reconstructed via the K$^+$K$^-$ decay channel. The production cross section is presented as a function of the $\phi$(1020) meson rapidity in the range 0.3 $\lt$$\lvert y\rvert$$\lt$ 1.0, probing gluons that carry a fraction of the nucleon momentum ($x$) around $10^{-4}$. The observed cross section exhibits little dependence on rapidity and is significantly suppressed, by a factor of ${\sim}$5, compared to a baseline model that treats a nucleus as a collection of free nucleons. Theoretical models that incorporate either nuclear shadowing or gluon saturation predict suppression of the $\phi$(1020) meson cross section with only a small dependence on rapidity, but the magnitude of the predicted suppression varies greatly. Models considering only nuclear shadowing effects result in the best agreement with the experimental data. This study establishes a powerful new tool for exploring nuclear effects and nuclear gluonic structure in the small-$x$ regime at a unique energy scale bridging the perturbative and nonperturbative quantum chromodynamics domains.


Note: Submitted to Physical Review Letters. All figures and tables can be found at http://cms-results.web.cern.ch/cms-results/public-results/publications/HIN-24-009 (CMS Public Pages)
Contributing Institute(s):
  1. LHC/CMS Experiment (CMS)
Research Program(s):
  1. 611 - Fundamental Particles and Forces (POF4-611) (POF4-611)
  2. HIDSS-0002 - DASHH: Data Science in Hamburg - Helmholtz Graduate School for the Structure of Matter (2019_IVF-HIDSS-0002) (2019_IVF-HIDSS-0002)
  3. DFG project G:(GEPRIS)390833306 - EXC 2121: Quantum Universe (390833306) (390833306)
Experiment(s):
  1. LHC: CMS

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Observation of Coherent ϕ(1020) Meson Photoproduction in Ultraperipheral PbPb Collisions at sNN=5.36 TeV
Physical review letters 135(26), 262301 () [10.1103/2ssw-wwyy]  GO arXiv  Download fulltext Files  Download fulltextFulltext Download fulltextFulltext by arXiv.org BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS

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