First measurement of prompt and non-prompt D⁎+ vector meson spin alignment in pp collisions at s=13 TeV

Acharya, S.; Adamová, D.; Adler, A.; Aglieri Rinella, G.; Agnello, M.; Agrawal, N.; Ahammed, Z.; Ahmad, S.; Ahn, S. U.; Ahuja, I.; Akindinov, A.; Al-Turany, M.; Aleksandrov, D.; Alessandro, B.; Alfanda, H. M.; Alfaro Molina, R.; Ali, B.; Alici, A.; Alizadehvandchali, N.; Alkin, A.; Alme, J.; Alocco, G.; Alt, T.; Altsybeev, I.; Anaam, M. N.; Andrei, C.; Andronic, A.; Anguelov, V.; Antinori, F.; Antonioli, P.; Apadula, N.; Aphecetche, L.; Appelshäuser, H.; Arata, C.; Arcelli, S.; Aresti, M.; Arnaldi, R.; Arneiro, J. G. M. C. A.; Arsene, I. C.; Arslandok, M.; Augustinus, A.; Averbeck, R.; Azmi, M. D.; Badalà, A.; Bae, J.; Baek, Y. W.; Bai, X.; Bailhache, R.; Bailung, Y.; Balbino, A.; Baldisseri, A.; Balis, B.; Banerjee, D.; Banoo, Z.; Barbera, R.; Barile, F.; Barioglio, L.; Barlou, M.; Barnaföldi, G. G.; Barnby, L. S.; Barret, V.; Barreto, L.; Bartels, C.; Barth, K.; Bartsch, E.; Bastid, N.; Basu, S.; Batigne, G.; Battistini, D.; Batyunya, B.; Bauri, D.; Bazo Alba, J. L.; Bearden, I. G.; Beattie, C.; Becht, P.; Behera, D.; Belikov, I.; Bell Hechavarria, A. D. C.; Bellini, F.; Bellwied, R.; Belokurova, S.; Belyaev, V.; Bencedi, G.; Beole, S.; Bercuci, A.; Berdnikov, Y.; Berdnikova, A.; Bergmann, L.; Besoiu, M. G.; Betev, L.; Bhaduri, P. P.; Bhasin, A.; Bhat, M. A.; Bhattacharjee, B.; Bianchi, L.; Bianchi, N.; Bielčík, J.; Bielčíková, J.; Biernat, J.; Bigot, A. P.; Bilandzic, A.; Biro, G.; Biswas, S.; Bize, N.; Blair, J. T.; Blau, D.; Blidaru, M. B.; Bluhme, N.; Blume, C.; Boca, G.; Bock, F.; Bodova, T.; Bogdanov, A.; Boi, S.; Bok, J.; Boldizsár, L.; Bombara, M.; Bond, P. M.; Bonomi, G.; Borel, H.; Borissov, A.; Borquez Carcamo, A. G.; Bossi, H.; Botta, E.; Bouziani, Y. E. M.; Bratrud, L.; Braun-Munzinger, P.; Bregant, M.; Broz, M.; Bruno, G. E.; Buckland, M. D.; Budnikov, D.; Buesching, H.; Bufalino, S.; Bugnon, O.; Buhler, P.; Buthelezi, Z.; Bysiak, S. A.; Cai, M.; Caines, H.; Caliva, A.; Calvo Villar, E.; Camacho, J. M. M.; Camerini, P.; Canedo, F. D. M.; Carabas, M.; Carballo, A. A.; Carnesecchi, F.; Caron, R.; Carvalho, L. A. D.; Castillo Castellanos, J.; Catalano, F.; Ceballos Sanchez, C.; Chakaberia, I.; Chakraborty, P.; Chandra, S.; Chapeland, S.; Chartier, M.; Chattopadhyay, S.; Chattopadhyay, S.; Chavez, T. G.; Cheng, T.; Cheshkov, C.; Cheynis, B.; Chibante Barroso, V.; Chinellato, D. D.; Chizzali, E. S.; Cho, J.; Cho, S.; Chochula, P.; Christakoglou, P.; Christensen, C. H.; Christiansen, P.; Chujo, T.; Ciacco, M.; Cicalo, C.; Cindolo, F.; Ciupek, M. R.; Clai, G.; Colamaria, F.; Colburn, J. S.; Colella, D.; Colocci, M.; Concas, M.; Conesa Balbastre, G.; Conesa del Valle, Z.; Contin, G.; Contreras, J. G.; Coquet, M. L.; Cormier, T. M.; Cortese, P.; Cosentino, M. R.; Costa, F.; Costanza, S.; Cot, C.; Crkovská, J.; Crochet, P.; Cruz-Torres, R.; Cuautle, E.; Cui, P.; Dainese, A.; Danisch, M. C.; Danu, A.; Das, P.; Das, P.; Das, S.; Dash, A. R.; Dash, S.; David, R. M. H.; De Caro, A.; de Cataldo, G.; de Cuveland, J.; De Falco, A.; De Gruttola, D.; De Marco, N.; De Martin, C.; De Pasquale, S.; Deb, S.; Debski, R. J.; Deja, K. R.; Del Grande, R.; Dello Stritto, L.; Deng, W.; Dhankher, P.; Di Bari, D.; Di Mauro, A.; Diaz, R. A.; Dietel, T.; Ding, Y.; Divià, R.; Dixit, D. U.; Djuvsland, Ø.; Dmitrieva, U.; Dobrin, A.; Dönigus, B.; Dubinski, J. M.; Dubla, A.; Dudi, S.; Dupieux, P.; Durkac, M.; Dzalaiova, N.; Eder, T. M.; Ehlers, R. J.; Eikeland, V. N.; Eisenhut, F.; Elia, D.; Erazmus, B.; Ercolessi, F.; Erhardt, F.; Ersdal, M. R.; Espagnon, B.; Eulisse, G.; Evans, D.; Evdokimov, S.; Fabbietti, L.; Faggin, M.; Faivre, J.; Fan, F.; Fan, W.; Fantoni, A.; Fasel, M.; Fecchio, P.; Feliciello, A.; Feofilov, G.; Fernández Téllez, A.; Ferrandi, L.; Ferrer, M. B.; Ferrero, A.; Ferrero, C.; Ferretti, A.; Feuillard, V. J. G.; Filova, V.; Finogeev, D.; Fionda, F. M.; Flor, F.; Flores, A. N.; Foertsch, S.; Fokin, I.; Fokin, S.; Fragiacomo, E.; Frajna, E.; Fuchs, U.; Funicello, N.; Furget, C.; Furs, A.; Fusayasu, T.; Gaardhøje, J. J.; Gagliardi, M.; Gago, A. M.; Galvan, C. D.; Gangadharan, D. R.; Ganoti, P.; Garabatos, C.; Garcia, J. R. A.; Garcia-Solis, E.; Garg, K.; Gargiulo, C.; Garner, K.; Gasik, P.; Gautam, A.; Gay Ducati, M. B.; Germain, M.; Ghimouz, A.; Ghosh, C.; Giacalone, M.; Giubellino, P.; Giubilato, P.; Glaenzer, A. M. C.; Glässel, P.; Glimos, E.; Goh, D. J. Q.; Gonzalez, V.; González-Trueba, L. H.; Gorgon, M.; Gotovac, S.; Grabski, V.; Graczykowski, L. K.; Grecka, E.; Grelli, A.; Grigoras, C.; Grigoriev, V.; Grigoryan, S.; Grosa, F.; Grosse-Oetringhaus, J. F.; Grosso, R.; Grund, D.; Guardiano, G. G.; Guernane, R.; Guilbaud, M.; Gulbrandsen, K.; Gündem, T.; Gunji, T.; Guo, W.; Gupta, A.; Gupta, R.; Guzman, S. P.; Gyulai, L.; Habib, M. K.; Hadjidakis, C.; Haider, F. U.; Hamagaki, H.; Hamdi, A.; Hamid, M.; Han, Y.; Hannigan, R.; Haque, M. R.; Harris, J. W.; Harton, A.; Hassan, H.; Hatzifotiadou, D.; Hauer, P.; Havener, L. B.; Heckel, S. T.; Hellbär, E.; Helstrup, H.; Hemmer, M.; Herman, T.; Herrera Corral, G.; Herrmann, F.; Herrmann, S.; Hetland, K. F.; Heybeck, B.; Hillemanns, H.; Hills, C.; Hippolyte, B.; Hoffmann, F. W.; Hofman, B.; Hohlweger, B.; Hong, G. H.; Horst, M.; Horzyk, A.; Hou, Y.; Hristov, P.; Hughes, C.; Huhn, P.; Huhta, L. M.; Hulse, C. V.; Humanic, T. J.; Hutson, A.; Hutter, D.; Iddon, J. P.; Ilkaev, R.; Ilyas, H.; Inaba, M.; Innocenti, G. M.; Ippolitov, M.; Isakov, A.; Isidori, T.; Islam, M. S.; Ivanov, M.; Ivanov, M.; Ivanov, V.; Jablonski, M.; Jacak, B.; Jacazio, N.; Jacobs, P. M.; Jadlovska, S.; Jadlovsky, J.; Jaelani, S.; Jaffe, L.; Jahnke, C.; Jakubowska, M. J.; Janik, M. A.; Janson, T.; Jercic, M.; Jia, S.; Jimenez, A. A. P.; Jonas, F.; Jowett, J. M.; Jung, J.; Jung, M.; Junique, A.; Jusko, A.; Kabus, M. J.; Kaewjai, J.; Kalinak, P.; Kalteyer, A. S.; Kalweit, A.; Kaplin, V.; Karasu Uysal, A.; Karatovic, D.; Karavichev, O.; Karavicheva, T.; Karczmarczyk, P.; Karpechev, E.; Kebschull, U.; Keidel, R.; Keijdener, D. L. D.; Keil, M.; Ketzer, B.; Khan, A. M.; Khan, S.; Khanzadeev, A.; Kharlov, Y.; Khatun, A.; Khuntia, A.; Kidson, M. B.; Kileng, B.; Kim, B.; Kim, C.; Kim, D. J.; Kim, E. J.; Kim, J.; Kim, J. S.; Kim, J.; Kim, M.; Kim, S.; Kim, T.; Kimura, K.; Kirsch, S.; Kisel, I.; Kiselev, S.; Kisiel, A.; Kitowski, J. P.; Klay, J. L.; Klein, J.; Klein, S.; Klein-Bösing, C.; Kleiner, M.; Klemenz, T.; Kluge, A.; Knospe, A. G.; Kobdaj, C.; Kollegger, T.; Kondratyev, A.; Kondratyeva, N.; Kondratyuk, E.; Konig, J.; Konigstorfer, S. A.; Konopka, P. J.; Kornakov, G.; Korwieser, M.; Koryciak, S. D.; Kotliarov, A.; Kovalenko, V.; Kowalski, M.; Kozhuharov, V.; Králik, I.; Kravčáková, A.; Kreis, L.; Krivda, M.; Krizek, F.; Krizkova Gajdosova, K.; Kroesen, M.; Krüger, M.; Krupova, D. M.; Kryshen, E.; Kučera, V.; Kuhn, C.; Kuijer, P. G.; Kumaoka, T.; Kumar, D.; Kumar, L.; Kumar, N.; Kumar, S.; Kundu, S.; Kurashvili, P.; Kurepin, A.; Kurepin, A. B.; Kuryakin, A.; Kushpil, S.; Kvapil, J.; Kweon, M. J.; Kwon, J. Y.; Kwon, Y.; La Pointe, S. L.; La Rocca, P.; Lai, Y. S.; Lakrathok, A.; Lamanna, M.; Langoy, R.; Larionov, P.; Laudi, E.; Lautner, L.; Lavicka, R.; Lazareva, T.; Lea, R.; Lee, H.; Legras, G.; Lehrbach, J.; Lemmon, R. C.; León Monzón, I.; Lesch, M. M.; Lesser, E. D.; Lettrich, M.; Lévai, P.; Li, X.; X. L., Li; Lien, J.; Lietava, R.; Likmeta, I.; Lim, B.; Lim, S. H.; Lindenstruth, V.; Lindner, A.; Lippmann, C.; Liu, A.; Liu, D. H.; Liu, J.; Lofnes, I. M.; Loizides, C.; Lokos, S.; Lomker, J.; Loncar, P.; Lopez, J. A.; Lopez, X.; López Torres, E.; Lu, P.; Luhder, J. R.; Lunardon, M.; Luparello, G.; Y. G., Ma; Maevskaya, A.; Mager, M.; Mahmoud, T.; Maire, A.; Makariev, M. V.; Malaev, M.; Malfattore, G.; Malik, N. M.; Malik, Q. W.; Malik, S. K.; Malinina, L.; Mal'Kevich, D.; Mallick, D.; Mallick, N.; Mandaglio, G.; Mandal, S. K.; Manko, V.; Manso, F.; Manzari, V.; Mao, Y.; Margagliotti, G. V.; Margotti, A.; Marín, A.; Markert, C.; Martinengo, P.; Martinez, J. L.; Martínez, M. I.; Martínez García, G.; Masciocchi, S.; Masera, M.; Masoni, A.; Massacrier, L.; Mastroserio, A.; Matonoha, O.; Matuoka, P. F. T.; Matyja, A.; Mayer, C.; Mazuecos, A. L.; Mazzaschi, F.; Mazzilli, M.; Mdhluli, J. E.; Mechler, A. F.; Melikyan, Y.; Menchaca-Rocha, A.; Meninno, E.; Menon, A. S.; Meres, M.; Mhlanga, S.; Miake, Y.; Micheletti, L.; Migliorin, L. C.; Mihaylov, D. L.; Mikhaylov, K.; Mishra, A. N.; Miśkowiec, D.; Modak, A.; Mohanty, A. P.; Mohanty, B.; Mohisin Khan, M.; Molander, M. A.; Moravcova, Z.; Mordasini, C.; Moreira De Godoy, D. A.; Morozov, I.; Morsch, A.; Mrnjavac, T.; Muccifora, V.; Muhuri, S.; Mulligan, J. D.; Mulliri, A.; Munhoz, M. G.; Munzer, R. H.; Murakami, H.; Murray, S.; Musa, L.; Musinsky, J.; Myrcha, J. W.; Naik, B.; Nambrath, A. I.; Nandi, B. K.; Nania, R.; Nappi, E.; Nassirpour, A. F.; Nath, A.; Nattrass, C.; Naydenov, M. N.; Neagu, A.; Negru, A.; Nellen, L.; Nesbo, S. V.; Neskovic, G.; Nesterov, D.; Nielsen, B. S.; Nielsen, E. G.; Nikolaev, S.; Nikulin, S.; Nikulin, V.; Noferini, F.; Noh, S.; Nomokonov, P.; Norman, J.; Novitzky, N.; Nowakowski, P.; Nyanin, A.; Nystrand, J.; Ogino, M.; Ohlson, A.; Okorokov, V. A.; Oleniacz, J.; Oliveira Da Silva, A. C.; Oliver, M. H.; Onnerstad, A.; Oppedisano, C.; Ortiz Velasquez, A.; Otwinowski, J.; Oya, M.; Oyama, K.; Pachmayer, Y.; Padhan, S.; Pagano, D.; Paić, G.; Palasciano, A.; Panebianco, S.; Park, H.; Park, H.; Park, J.; Parkkila, J. E.; Patra, R. N.; Paul, B.; Pei, H.; Peitzmann, T.; Peng, X.; Pennisi, M.; Pereira, L. G.; Peresunko, D.; Perez, G. M.; Perrin, S.; Pestov, Y.; Petráček, V.; Petrov, V.; Petrovici, M.; Pezzi, R. P.; Piano, S.; Pikna, M.; Pillot, P.; Pinazza, O.; Pinsky, L.; Pinto, C.; Pisano, S.; Płoskoń, M.; Planinic, M.; Pliquett, F.; Poghosyan, M. G.; Polichtchouk, B.; Politano, S.; Poljak, N.; Pop, A.; Porteboeuf-Houssais, S.; Pozdniakov, V.; Pradhan, K. K.; Prasad, S. K.; Prasad, S.; Preghenella, R.; Prino, F.; Pruneau, C. A.; Pshenichnov, I.; Puccio, M.; Pucillo, S.; Pugelova, Z.; Qiu, S.; Quaglia, L.; Quishpe, R. E.; Ragoni, S.; Rakotozafindrabe, A.; Ramello, L.; Rami, F.; Ramirez, S. A. R.; Rancien, T. A.; Rasa, M.; Räsänen, S. S.; Rath, R.; Rauch, M. P.; Ravasenga, I.; Read, K. F.; Reckziegel, C.; Redelbach, A. R.; Redlich, K.; Reetz, C. A.; Rehman, A.; Reidt, F.; Reme-Ness, H. A.; Rescakova, Z.; Reygers, K.; Riabov, A.; Riabov, V.; Ricci, R.; Richter, M.; Riedel, A. A.; Riegler, W.; Ristea, C.; Rodríguez Cahuantzi, M.; Røed, K.; Rogalev, R.; Rogochaya, E.; Rogoschinski, T. S.; Rohr, D.; Röhrich, D.; Rojas, P. F.; Rojas Torres, S.; Rokita, P. S.; Romanenko, G.; Ronchetti, F.; Rosano, A.; Rosas, E. D.; Roslon, K.; Rossi, A.; Roy, A.; Roy, S.; Rubini, N.; Ruggiano, D.; Rui, R.; Rumyantsev, B.; Russek, P. G.; Russo, R.; Rustamov, A.; Ryabinkin, E.; Ryabov, Y.; Rybicki, A.; Rytkonen, H.; Rzesa, W.; Saarimaki, O. A. M.; Sadek, R.; Sadhu, S.; Sadovsky, S.; Saetre, J.; Šafařík, K.; Saha, S. K.; Saha, S.; Sahoo, B.; Sahoo, R.; Sahoo, S.; Sahu, D.; Sahu, P. K.; Saini, J.; Sajdakova, K.; Sakai, S.; Salvan, M. P.; Sambyal, S.; Sanna, I.; Saramela, T. B.; Sarkar, D.; Sarkar, N.; Sarma, P.; Sarritzu, V.; Sarti, V. M.; Sas, M. H. P.; Schambach, J.; Scheid, H. S.; Schiaua, C.; Schicker, R.; Schmah, A.; Schmidt, C.; Schmidt, H. R.; Schmidt, M. O.; Schmidt, M.; Schmidt, N. V.; Schmier, A. R.; Schotter, R.; Schröter, A.; Schukraft, J.; Schwarz, K.; Schweda, K.; Scioli, G.; Scomparin, E.; Seger, J. E.; Sekiguchi, Y.; Sekihata, D.; Selyuzhenkov, I.; Senyukov, S.; Seo, J. J.; Serebryakov, D.; Šerkšnytė, L.; Sevcenco, A.; Shaba, T. J.; Shabetai, A.; Shahoyan, R.; Shangaraev, A.; Sharma, A.; Sharma, B.; Sharma, D.; Sharma, H.; Sharma, M.; Sharma, S.; Sharma, S.; Sharma, U.; Shatat, A.; Sheibani, O.; Shigaki, K.; Shimomura, M.; Shin, J.; Shirinkin, S.; Shou, Q.; Sibiriak, Y.; Siddhanta, S.; Siemiarczuk, T.; Silva, T. F.; Silvermyr, D.; Simantathammakul, T.; Simeonov, R.; Singh, B.; Singh, B.; Singh, R.; Singh, R.; Singh, R.; Singh, S.; Singh, V. K.; Singhal, V.; Sinha, T.; Sitar, B.; Sitta, M.; Skaali, T. B.; Skorodumovs, G.; Slupecki, M.; Smirnov, N.; Snellings, R. J. M.; Solheim, E. H.; Song, J.; Songmoolnak, A.; Soramel, F.; Spijkers, R.; Sputowska, I.; Staa, J.; Stachel, J.; Stan, I.; Steffanic, P. J.; Stiefelmaier, S. F.; Stocco, D.; Storehaug, I.; Stratmann, P.; Strazzi, S.; Stylianidis, C. P.; Suaide, A. A. P.; Suire, C.; Sukhanov, M.; Suljic, M.; Sultanov, R.; Sumberia, V.; Sumowidagdo, S.; Swain, S.; Szarka, I.; Szymkowski, M.; Taghavi, S. F.; Taillepied, G.; Takahashi, J.; Tambave, G. J.; Tang, S.; Tang, Z.; Tapia Takaki, J. D.; Tapus, N.; Tarasovicova, L. A.; Tarzila, M. G.; Tassielli, G. F.; Tauro, A.; Tejeda Muñoz, G.; Telesca, A.; Terlizzi, L.; Terrevoli, C.; Tersimonov, G.; Thakur, S.; Thomas, D.; Tikhonov, A.; Timmins, A. R.; Tkacik, M.; Tkacik, T.; Toia, A.; Tokumoto, R.; Topilskaya, N.; Toppi, M.; Torales-Acosta, F.; Tork, T.; Torres Ramos, A. G.; Trifiró, A.; Triolo, A. S.; Tripathy, S.; Tripathy, T.; Trogolo, S.; Trubnikov, V.; Trzaska, W. H.; Trzcinski, T. P.; Tumkin, A.; Turrisi, R.; Tveter, T. S.; Ullaland, K.; Ulukutlu, B.; Uras, A.; Urioni, M.; Usai, G. L.; Vala, M.; Valle, N.; van Doremalen, L. V. R.; van Leeuwen, M.; van Veen, C. A.; van Weelden, R. J. G.; Vande Vyvre, P.; Varga, D.; Varga, Z.; Vasileiou, M.; Vasiliev, A.; Vázquez Doce, O.; Vazquez Rueda, O.; Vechernin, V.; Vercellin, E.; Vergara Limón, S.; Vermunt, L.; Vértesi, R.; Verweij, M.; Vickovic, L.; Vilakazi, Z.; Villalobos Baillie, O.; Villani, A.; Vino, G.; Vinogradov, A.; Virgili, T.; Vislavicius, V.; Vodopyanov, A.; Volkel, B.; Völkl, M. A.; Voloshin, K.; Voloshin, S. A.; Volpe, G.; von Haller, B.; Vorobyev, I.; Vozniuk, N.; Vrláková, J.; Wang, C.; Wang, D.; Wang, Y.; Wegrzynek, A.; Weiglhofer, F. T.; Wenzel, S. C.; Wessels, J. P.; Weyhmiller, S. L.; Wiechula, J.; Wikne, J.; Wilk, G.; Wilkinson, J.; Willems, G. A.; Windelband, B.; Winn, M.; Wright, J. R.; Wu, W.; Wu, Y.; Xu, R.; Yadav, A.; Yadav, A. K.; Yalcin, S.; Yamaguchi, Y.; Yang, S.; Yano, S.; Yin, Z.; Yoo, I. -K.; Yoon, J. H.; Yuan, S.; Yuncu, A.; Zaccolo, V.; Zampolli, C.; Zanone, F.; Zardoshti, N.; Zarochentsev, A.; Závada, P.; Zaviyalov, N.; Zhalov, M.; Zhang, B.; Zhang, L.; Zhang, S.; Zhang, X.; Zhang, Y.; Zhang, Z.; Zhao, M.; Zherebchevskii, V.; Zhi, Y.; Zhou, D.; Zhou, Y.; Zhu, J.; Zhu, Y.; Zugravel, S. C.; Zurlo, N.

doi:10.1016/j.physletb.2023.137920

This letter reports the first measurement of spin alignment, with respect to the helicity axis, for D⁎+ vector mesons and their charge conjugates from charm-quark hadronisation (prompt) and from beauty-meson decays (non-prompt) in hadron collisions. The measurements were performed at midrapidity (|y|<0.8) as a function of transverse momentum (pT) in proton–proton (pp) collisions collected by ALICE at the centre-of-mass energy s=13TeV. The diagonal spin density matrix element ρ00 of D⁎+ mesons was measured from the angular distribution of the D⁎+→D0(→K−π+)π+ decay products, in the D⁎+ rest frame, with respect to the D⁎+ momentum direction in the pp centre of mass frame. The ρ00 value for prompt D⁎+ mesons is consistent with 1/3, which implies no spin alignment. However, for non-prompt D⁎+ mesons an evidence of ρ00 larger than 1/3 is found. The measured value of the spin density element is ρ00=0.455±0.022(stat.)±0.035(syst.) in the 5<20GeV/c interval, which is consistent with a PYTHIA 8 Monte Carlo simulation coupled with the EVTGEN package, which implements the helicity conservation in the decay of D⁎+ meson from beauty mesons. In non-central heavy-ion collisions, the spin of the D⁎+ mesons may be globally aligned with the direction of the initial angular momentum and magnetic field. Based on the results for pp collisions reported in this letter it is shown that alignment of non-prompt D⁎+ mesons due to the helicity conservation coupled to the collective anisotropic expansion may mimic the signal of global spin alignment in heavy-ion collisions.