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. 2021 Jul 30;127(5):052302.
doi: 10.1103/PhysRevLett.127.052302.

Measurement of e^{+}e^{-} Momentum and Angular Distributions from Linearly Polarized Photon Collisions

J Adam  1 L Adamczyk  2 J R Adams  3 J K Adkins  4 G Agakishiev  5 M M Aggarwal  6 Z Ahammed  7 I Alekseev  8   9 D M Anderson  10 A Aparin  5 E C Aschenauer  1 M U Ashraf  11 F G Atetalla  12 A Attri  6 G S Averichev  5 V Bairathi  13 K Barish  14 A Behera  15 R Bellwied  16 A Bhasin  17 J Bielcik  18 J Bielcikova  19 L C Bland  1 I G Bordyuzhin  8 J D Brandenburg  1   20 A V Brandin  9 J Butterworth  21 H Caines  22 M Calderón de la Barca Sánchez  23 D Cebra  23 I Chakaberia  1   12 P Chaloupka  18 B K Chan  24 F-H Chang  25 Z Chang  1 N Chankova-Bunzarova  5 A Chatterjee  11 D Chen  14 J H Chen  26 X Chen  27 Z Chen  20 J Cheng  28 M Cherney  29 M Chevalier  14 S Choudhury  26 W Christie  1 H J Crawford  30 M Csanád  31 M Daugherity  32 T G Dedovich  5 I M Deppner  33 A A Derevschikov  34 L Didenko  1 X Dong  35 J L Drachenberg  32 J C Dunlop  1 T Edmonds  36 N Elsey  37 J Engelage  30 G Eppley  21 R Esha  15 S Esumi  38 O Evdokimov  39 A Ewigleben  40 O Eyser  1 R Fatemi  4 S Fazio  1 P Federic  19 J Fedorisin  5 C J Feng  25 Y Feng  36 P Filip  5 E Finch  41 Y Fisyak  1 A Francisco  22 L Fulek  2 C A Gagliardi  10 T Galatyuk  42 F Geurts  21 A Gibson  43 K Gopal  44 D Grosnick  43 A I Hamad  12 A Hamed  45 J W Harris  22 S He  11 W He  26 X He  46 S Heppelmann  23 S Heppelmann  47 N Herrmann  33 E Hoffman  16 L Holub  18 Y Hong  35 S Horvat  22 Y Hu  26 H Z Huang  24 S L Huang  15 T Huang  25 X Huang  28 T J Humanic  3 P Huo  15 G Igo  24 D Isenhower  32 W W Jacobs  48 C Jena  44 A Jentsch  1 Y Ji  27 J Jia  1   15 K Jiang  27 S Jowzaee  37 X Ju  27 E G Judd  30 S Kabana  12 M L Kabir  14 S Kagamaster  40 D Kalinkin  48 K Kang  28 D Kapukchyan  14 K Kauder  1 H W Ke  1 D Keane  12 A Kechechyan  5 M Kelsey  35 Y V Khyzhniak  9 D P Kikoła  49 C Kim  14 B Kimelman  23 D Kincses  31 T A Kinghorn  23 I Kisel  50 A Kiselev  1 A Kisiel  49 S R Klein  35 M Kocan  18 L Kochenda  9 L K Kosarzewski  18 L Kramarik  18 P Kravtsov  9 K Krueger  51 N Kulathunga Mudiyanselage  16 L Kumar  6 R Kunnawalkam Elayavalli  37 J H Kwasizur  48 R Lacey  15 S Lan  11 J M Landgraf  1 J Lauret  1 A Lebedev  1 R Lednicky  5 J H Lee  1 Y H Leung  35 C Li  27 W Li  21 W Li  52 X Li  27 Y Li  28 Y Liang  12 R Licenik  19 T Lin  10 Y Lin  11 M A Lisa  3 F Liu  11 H Liu  48 P Liu  15 P Liu  52 T Liu  22 X Liu  3 Y Liu  10 Z Liu  27 T Ljubicic  1 W J Llope  37 R S Longacre  1 N S Lukow  53 S Luo  39 X Luo  11 G L Ma  52 L Ma  26 R Ma  1 Y G Ma  52 N Magdy  39 R Majka  22 D Mallick  54 S Margetis  12 C Markert  55 H S Matis  35 J A Mazer  56 N G Minaev  34 S Mioduszewski  10 B Mohanty  54 I Mooney  37 Z Moravcova  18 D A Morozov  34 M Nagy  31 J D Nam  53 Md Nasim  13 K Nayak  11 D Neff  24 J M Nelson  30 D B Nemes  22 M Nie  20 G Nigmatkulov  9 T Niida  38 L V Nogach  34 T Nonaka  11 G Odyniec  35 A Ogawa  1 S Oh  22 V A Okorokov  9 B S Page  1 R Pak  1 A Pandav  54 Y Panebratsev  5 B Pawlik  2   57 D Pawlowska  49 H Pei  11 C Perkins  30 L Pinsky  16 R L Pintér  31 J Pluta  49 J Porter  35 M Posik  53 N K Pruthi  6 M Przybycien  2 J Putschke  37 H Qiu  46 A Quintero  53 S K Radhakrishnan  12 S Ramachandran  4 R L Ray  55 R Reed  40 H G Ritter  35 J B Roberts  21 O V Rogachevskiy  5 J L Romero  23 L Ruan  1 J Rusnak  19 N R Sahoo  20 H Sako  38 S Salur  56 J Sandweiss  22 S Sato  38 W B Schmidke  1 N Schmitz  58 B R Schweid  15 F Seck  42 J Seger  29 M Sergeeva  24 R Seto  14 P Seyboth  58 N Shah  59 E Shahaliev  5 P V Shanmuganathan  1 M Shao  27 F Shen  20 W Q Shen  52 S S Shi  11 Q Y Shou  52 E P Sichtermann  35 R Sikora  2 M Simko  19 J Singh  6 S Singha  46 N Smirnov  22 W Solyst  48 P Sorensen  1 H M Spinka  51 B Srivastava  36 T D S Stanislaus  43 M Stefaniak  49 D J Stewart  22 M Strikhanov  9 B Stringfellow  36 A A P Suaide  60 M Sumbera  19 B Summa  47 X M Sun  11 Y Sun  27 Y Sun  61 B Surrow  53 D N Svirida  8 P Szymanski  49 A H Tang  1 Z Tang  27 A Taranenko  9 T Tarnowsky  62 J H Thomas  35 A R Timmins  16 D Tlusty  29 M Tokarev  5 C A Tomkiel  40 S Trentalange  24 R E Tribble  10 P Tribedy  1 S K Tripathy  31 O D Tsai  24 Z Tu  1 T Ullrich  1 D G Underwood  51 I Upsal  1   20 G Van Buren  1 J Vanek  19 A N Vasiliev  34 I Vassiliev  50 F Videbæk  1 S Vokal  5 S A Voloshin  37 F Wang  36 G Wang  24 J S Wang  61 P Wang  27 Y Wang  11 Y Wang  28 Z Wang  20 J C Webb  1 P C Weidenkaff  33 L Wen  24 G D Westfall  62 H Wieman  35 S W Wissink  48 R Witt  63 Y Wu  14 Z G Xiao  28 G Xie  35 W Xie  36 H Xu  61 N Xu  35 Q H Xu  20 Y F Xu  52 Y Xu  20 Z Xu  1 Z Xu  24 C Yang  20 Q Yang  20 S Yang  1 Y Yang  25 Z Yang  11 Z Ye  21 Z Ye  39 L Yi  20 K Yip  1 H Zbroszczyk  49 W Zha  27 D Zhang  11 S Zhang  27 S Zhang  52 X P Zhang  28 Y Zhang  27 Y Zhang  11 Z J Zhang  25 Z Zhang  1 J Zhao  36 C Zhong  52 C Zhou  52 X Zhu  28 Z Zhu  20 M Zurek  35 M Zyzak  50 STAR Collaboration
Affiliations

Measurement of e^{+}e^{-} Momentum and Angular Distributions from Linearly Polarized Photon Collisions

J Adam et al. Phys Rev Lett. .

Abstract

The Breit-Wheeler process which produces matter and antimatter from photon collisions is experimentally investigated through the observation of 6085 exclusive electron-positron pairs in ultraperipheral Au+Au collisions at sqrt[s_{NN}]=200 GeV. The measurements reveal a large fourth-order angular modulation of cos4Δϕ=(16.8±2.5)% and smooth invariant mass distribution absent of vector mesons (ϕ, ω, and ρ) at the experimental limit of ≤0.2% of the observed yields. The differential cross section as a function of e^{+}e^{-} pair transverse momentum P_{⊥} peaks at low value with sqrt[⟨P_{⊥}^{2}⟩]=38.1±0.9 MeV and displays a significant centrality dependence. These features are consistent with QED calculations for the collision of linearly polarized photons quantized from the extremely strong electromagnetic fields generated by the highly charged Au nuclei at ultrarelativistic speed. The experimental results have implications for vacuum birefringence and for mapping the magnetic field which is important for emergent QCD phenomena.

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