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. 2022 Mar 25;128(12):122303.
doi: 10.1103/PhysRevLett.128.122303.

Probing the Gluonic Structure of the Deuteron with J/ψ Photoproduction in d+Au Ultraperipheral Collisions

M S Abdallah  1 , B E Aboona  2 , J Adam  3 , L Adamczyk  4 , J R Adams  5 , J K Adkins  6 , G Agakishiev  7 , I Aggarwal  8 , M M Aggarwal  8 , Z Ahammed  9 , A Aitbaev  7 , I Alekseev  10   11 , D M Anderson  2 , A Aparin  7 , E C Aschenauer  3 , M U Ashraf  12 , F G Atetalla  13 , A Attri  8 , G S Averichev  7 , V Bairathi  14 , W Baker  15 , J G Ball Cap  16 , K Barish  15 , A Behera  17 , R Bellwied  16 , P Bhagat  18 , A Bhasin  18 , J Bielcik  19 , J Bielcikova  20 , I G Bordyuzhin  10 , J D Brandenburg  3 , A V Brandin  11 , I Bunzarov  7 , X Z Cai  21 , H Caines  22 , M Calderón de la Barca Sánchez  23 , D Cebra  23 , I Chakaberia  24 , P Chaloupka  19 , B K Chan  25 , F-H Chang  26 , Z Chang  3 , N Chankova-Bunzarova  7 , A Chatterjee  27 , S Chattopadhyay  9 , D Chen  15 , J Chen  28 , J H Chen  29 , X Chen  30 , Z Chen  28 , J Cheng  31 , S Choudhury  29 , W Christie  3 , X Chu  3 , H J Crawford  32 , M Csanád  33 , M Daugherity  34 , T G Dedovich  7 , I M Deppner  35 , A A Derevschikov  36 , A Dhamija  8 , L Di Carlo  37 , L Didenko  3 , P Dixit  38 , X Dong  24 , J L Drachenberg  34 , E Duckworth  13 , J C Dunlop  3 , J Engelage  32 , G Eppley  39 , S Esumi  40 , O Evdokimov  41 , A Ewigleben  42 , O Eyser  3 , R Fatemi  6 , F M Fawzi  1 , S Fazio  43 , P Federic  20 , J Fedorisin  7 , C J Feng  26 , Y Feng  44 , E Finch  45 , Y Fisyak  3 , A Francisco  22 , C Fu  12 , C A Gagliardi  2 , T Galatyuk  46 , F Geurts  39 , N Ghimire  47 , A Gibson  48 , K Gopal  49 , X Gou  28 , D Grosnick  48 , A Gupta  18 , W Guryn  3 , A Hamed  1 , Y Han  39 , S Harabasz  46 , M D Harasty  23 , J W Harris  22 , H Harrison  6 , S He  12 , W He  29 , X H He  50 , Y He  28 , S Heppelmann  23 , N Herrmann  35 , E Hoffman  16 , L Holub  19 , C Hu  50 , Q Hu  50 , Y Hu  29 , H Huang  26 , H Z Huang  25 , S L Huang  17 , T Huang  26 , X Huang  31 , Y Huang  31 , T J Humanic  5 , D Isenhower  34 , M Isshiki  40 , W W Jacobs  51 , C Jena  49 , A Jentsch  3 , Y Ji  24 , J Jia  3   17 , K Jiang  30 , X Ju  30 , E G Judd  32 , S Kabana  14 , M L Kabir  15 , S Kagamaster  42 , D Kalinkin  3   51 , K Kang  31 , D Kapukchyan  15 , K Kauder  3 , H W Ke  3 , D Keane  13 , A Kechechyan  7 , M Kelsey  37 , D P Kikoła  27 , B Kimelman  23 , D Kincses  33 , I Kisel  52 , A Kiselev  3 , A G Knospe  42 , H S Ko  24 , L Kochenda  11 , A Korobitsin  7 , L K Kosarzewski  19 , L Kramarik  19 , P Kravtsov  11 , L Kumar  8 , S Kumar  50 , R Kunnawalkam Elayavalli  22 , J H Kwasizur  51 , R Lacey  17 , S Lan  12 , J M Landgraf  3 , J Lauret  3 , A Lebedev  3 , R Lednicky  7 , J H Lee  3 , Y H Leung  24 , N Lewis  3 , C Li  28 , C Li  30 , W Li  39 , X Li  30 , Y Li  31 , X Liang  15 , Y Liang  13 , R Licenik  20 , T Lin  28 , Y Lin  12 , M A Lisa  5 , F Liu  12 , H Liu  51 , H Liu  12 , P Liu  17 , T Liu  22 , X Liu  5 , Y Liu  2 , Z Liu  30 , T Ljubicic  3 , W J Llope  37 , R S Longacre  3 , E Loyd  15 , T Lu  50 , N S Lukow  47 , X F Luo  12 , L Ma  29 , R Ma  3 , Y G Ma  29 , N Magdy Abdelwahab Abdelrahman  41 , D Mallick  53 , S L Manukhov  7 , S Margetis  13 , C Markert  54 , H S Matis  24 , J A Mazer  55 , N G Minaev  36 , S Mioduszewski  2 , B Mohanty  53 , M M Mondal  17 , I Mooney  37 , D A Morozov  36 , A Mukherjee  33 , M Nagy  33 , J D Nam  47 , Md Nasim  38 , K Nayak  12 , D Neff  25 , J M Nelson  32 , D B Nemes  22 , M Nie  28 , G Nigmatkulov  11 , T Niida  40 , R Nishitani  40 , L V Nogach  36 , T Nonaka  40 , A S Nunes  3 , G Odyniec  24 , A Ogawa  3 , S Oh  24 , V A Okorokov  11 , K Okubo  40 , B S Page  3 , R Pak  3 , J Pan  2 , A Pandav  53 , A K Pandey  40 , Y Panebratsev  7 , P Parfenov  11 , A Paul  15 , B Pawlik  56 , D Pawlowska  27 , C Perkins  32 , J Pluta  27 , B R Pokhrel  47 , G Ponimatkin  20 , J Porter  24 , M Posik  47 , V Prozorova  19 , N K Pruthi  8 , M Przybycien  4 , J Putschke  37 , H Qiu  50 , A Quintero  47 , C Racz  15 , S K Radhakrishnan  13 , N Raha  37 , R L Ray  54 , R Reed  42 , H G Ritter  24 , M Robotkova  20 , J L Romero  23 , D Roy  55 , L Ruan  3 , A K Sahoo  38 , N R Sahoo  28 , H Sako  40 , S Salur  55 , E Samigullin  10 , J Sandweiss  22 , S Sato  40 , W B Schmidke  3 , N Schmitz  57 , B R Schweid  17 , F Seck  46 , J Seger  58 , R Seto  15 , P Seyboth  57 , N Shah  59 , E Shahaliev  7 , P V Shanmuganathan  3 , M Shao  30 , T Shao  29 , R Sharma  49 , A I Sheikh  13 , D Y Shen  29 , S S Shi  12 , Y Shi  28 , Q Y Shou  29 , E P Sichtermann  24 , R Sikora  4 , M Simko  20 , J Singh  8 , S Singha  50 , P Sinha  49 , M J Skoby  60   44 , N Smirnov  22 , Y Söhngen  35 , W Solyst  51 , Y Song  22 , H M Spinka  61 , B Srivastava  44 , T D S Stanislaus  48 , M Stefaniak  27 , D J Stewart  22 , M Strikhanov  11 , B Stringfellow  44 , A A P Suaide  62 , M Sumbera  20 , X M Sun  12 , X Sun  41 , Y Sun  30 , Y Sun  63 , B Surrow  47 , D N Svirida  10 , Z W Sweger  23 , P Szymanski  27 , A H Tang  3 , Z Tang  30 , A Taranenko  11 , T Tarnowsky  64 , J H Thomas  24 , A R Timmins  16 , D Tlusty  58 , T Todoroki  40 , M Tokarev  7 , C A Tomkiel  42 , S Trentalange  25 , R E Tribble  2 , P Tribedy  3 , S K Tripathy  33 , T Truhlar  19 , B A Trzeciak  19 , O D Tsai  25 , Z Tu  3 , T Ullrich  3 , D G Underwood  61   48 , I Upsal  39 , G Van Buren  3 , J Vanek  20 , A N Vasiliev  11   36 , I Vassiliev  52 , V Verkest  37 , F Videbæk  3 , S Vokal  7 , S A Voloshin  37 , F Wang  44 , G Wang  25 , J S Wang  63 , P Wang  30 , X Wang  28 , Y Wang  12 , Y Wang  31 , Z Wang  28 , J C Webb  3 , P C Weidenkaff  35 , G D Westfall  64 , H Wieman  24 , S W Wissink  51 , R Witt  65 , J Wu  12 , J Wu  50 , Y Wu  15 , B Xi  21 , Z G Xiao  31 , G Xie  24 , W Xie  44 , H Xu  63 , N Xu  24 , Q H Xu  28 , Y Xu  28 , Z Xu  3 , Z Xu  25 , G Yan  28 , C Yang  28 , Q Yang  28 , S Yang  66 , Y Yang  26 , Z Ye  39 , Z Ye  41 , L Yi  28 , K Yip  3 , Y Yu  28 , H Zbroszczyk  27 , W Zha  30 , C Zhang  17 , D Zhang  12 , J Zhang  28 , S Zhang  41 , S Zhang  29 , Y Zhang  50 , Y Zhang  30 , Y Zhang  12 , Z J Zhang  26 , Z Zhang  3 , Z Zhang  41 , F Zhao  50 , J Zhao  29 , M Zhao  3 , C Zhou  29 , Y Zhou  12 , X Zhu  31 , M Zurek  61 , M Zyzak  52 ; STAR Collaboration
Affiliations
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Probing the Gluonic Structure of the Deuteron with J/ψ Photoproduction in d+Au Ultraperipheral Collisions

M S Abdallah et al. Phys Rev Lett. .
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Abstract

Understanding gluon density distributions and how they are modified in nuclei are among the most important goals in nuclear physics. In recent years, diffractive vector meson production measured in ultraperipheral collisions (UPCs) at heavy-ion colliders has provided a new tool for probing the gluon density. In this Letter, we report the first measurement of J/ψ photoproduction off the deuteron in UPCs at the center-of-mass energy sqrt[s_{NN}]=200 GeV in d+Au collisions. The differential cross section as a function of momentum transfer -t is measured. In addition, data with a neutron tagged in the deuteron-going zero-degree calorimeter is investigated for the first time, which is found to be consistent with the expectation of incoherent diffractive scattering at low momentum transfer. Theoretical predictions based on the color glass condensate saturation model and the leading twist approximation nuclear shadowing model are compared with the data quantitatively. A better agreement with the saturation model has been observed. With the current measurement, the results are found to be directly sensitive to the gluon density distribution of the deuteron and the deuteron breakup process, which provides insights into the nuclear gluonic structure.

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