Abstract
The intense photon fluxes from relativistic nuclei provide an opportunity to study photonuclear interactions in ultraperipheral collisions. In particular, it allows for the investigations of excited, light-flavour vector mesons. The measurement of coherently photoproduced π+π−π+π− final states in ultraperipheral Pb–Pb collisions at sNN=5.02 TeV is presented for the first time. The cross section, d σ /d y , times the branching ratio (ρ→π+π+π−π−) is found to be 47.8 ± 2.3 (stat.) ± 7.7 (syst.) mb in the rapidity interval | y | < 0.5. The invariant mass distribution is not well described with a single Breit-Wigner resonance without an interference term. Including interference with a non-resonant contribution results in the mass and width values being too far from those reported in PDG, while the production of two interfering resonances, ρ (1450) and ρ (1700), also provides a good description of the data. The values of the masses ( m ) and widths (Γ) of the resonances extracted from the fit assuming two interfering resonances are m1=1385±14(stat.)±3(syst.) MeV/ c 2, Γ1=431±36(stat.)±82(syst.) MeV/ c 2, m2=1663±13(stat.)±22(syst.) MeV/ c 2 and Γ2=357±31(stat.)±49(syst.) MeV/ c 2, respectively. The measured cross sections times the branching ratios are compared to recent theoretical predictions.
| Original language | English |
|---|---|
| Article number | 140006 |
| Journal | Physics Letters, Section B: Nuclear, Elementary Particle and High-Energy Physics |
| Volume | 872 |
| DOIs | |
| State | Published - Jan 2026 |
Funding
The ALICE Collaboration would like to thank all its engineers and technicians for their invaluable contributions to the construction of the experiment and the CERN accelerator teams for the outstanding performance of the LHC complex. The ALICE Collaboration gratefully acknowledges the resources and support provided by all Grid centres and the Worldwide LHC Computing Grid (WLCG) collaboration. The ALICE Collaboration acknowledges the following funding agencies for their support in building and running the ALICE detector: A. I. Alikhanyan National Science Laboratory (Yerevan Physics Institute) Foundation (ANSL), State Committee of Science and World Federation of Scientists (WFS), Armenia; Austrian Academy of Sciences, Austrian Science Fund (FWF): [M 2467-N36] and Nationalstiftung für Forschung, Technologie und Entwicklung, Austria; Ministry of Communications and High Technologies, National Nuclear Research Center, Azerbaijan; Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), Financiadora de Estudos e Projetos (Finep), Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) and Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Brazil; Bulgarian Ministry of Education and Science, within the National Roadmap for Research Infrastructures 2020-2027 (object CERN), Bulgaria; Ministry of Education of China (MOEC), Ministry of Science & Technology of China (MSTC) and National Natural Science Foundation of China (NSFC), China; Ministry of Science and Education and Croatian Science Foundation, Croatia; Centro de Aplicaciones Tecnológicas y Desarrollo Nuclear (CEADEN), Cubaenergía, Cuba; Ministry of Education, Youth and Sports of the Czech Republic, Czech Republic; The Danish Council for Independent Research | Natural Sciences, the VILLUM FONDEN and Danish National Research Foundation (DNRF), Denmark; Helsinki Institute of Physics (HIP), Finland; Commissariat à l’Energie Atomique (CEA) and Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules (IN2P3) and Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), France; Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) and GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH, Germany; General Secretariat for Research and Technology, Ministry of Education, Research and Religions, Greece; National Research, Development and Innovation Office, Hungary; Department of Atomic Energy Government of India (DAE), Department of Science and Technology, Government of India (DST), University Grants Commission, Government of India (UGC) and Council of Scientific and Industrial Research (CSIR), India; National Research and Innovation Agency - BRIN, Indonesia; Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Italy; Japanese Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology (MEXT) and Japan Society for the Promotion of Science (JSPS) KAKENHI, Japan; Consejo Nacional de Ciencia (CONACYT) y Tecnología, through Fondo de Cooperación Internacional en Ciencia y Tecnología (FONCICYT) and Dirección General de Asuntos del Personal Academico (DGAPA), Mexico; Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO), Netherlands; The Research Council of Norway, Norway; Pontificia Universidad Católica del Perú, Peru; Ministry of Education and Science, National Science Centre and WUT ID-UB, Poland; Korea Institute of Science and Technology Information and National Research Foundation of Korea (NRF), Republic of Korea; Ministry of Education and Scientific Research, Institute of Atomic Physics, Ministry of Research and Innovation and Institute of Atomic Physics and Universitatea Nationala de Stiinta si Tehnologie Politehnica Bucuresti, Romania; Ministry of Education, Science, Research and Sport of the Slovak Republic, Slovakia; National Research Foundation of South Africa, South Africa; Swedish Research Council (VR) and Knut & Alice Wallenberg Foundation (KAW), Sweden; European Organization for Nuclear Research, Switzerland; Suranaree University of Technology (SUT), National Science and Technology Development Agency (NSTDA) and National Science, Research and Innovation Fund (NSRF via PMU-B B05F650021), Thailand; Turkish Energy, Nuclear and Mineral Research Agency (TENMAK), Turkey; National Academy of Sciences of Ukraine, Ukraine; Science and Technology Facilities Council (STFC), United Kingdom; National Science Foundation of the United States of America (NSF) and United States Department of Energy, Office of Nuclear Physics (DOE NP), United States of America. In addition, individual groups or members have received support from: Czech Science Foundation (grant no. 23-07499S), Czech Republic; European Research Council (grant no. 950692), European Union; ICSC - Centro Nazionale di Ricerca in High Performance Computing, Big Data and Quantum Computing, European Union - NextGenerationEU; Academy of Finland (Center of Excellence in Quark Matter) (grant nos. 346327, 346328), Finland.
Keywords
- Exclusive photoproduction
- Ultraperipheral collisions
- Vector mesons
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In: Physics Letters, Section B: Nuclear, Elementary Particle and High-Energy Physics, Vol. 872, 140006, 01.2026.
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T1 - Exclusive photoproduction of excited ρ mesons decaying to four pions in ultraperipheral Pb–Pb collisions at sNN=5.02 TeV
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AU - Oh, S.
AU - Ohlson, A.
AU - Okorokov, V. A.
AU - Oleniacz, J.
AU - Onnerstad, A.
AU - Oppedisano, C.
AU - Ortiz Velasquez, A.
AU - Otwinowski, J.
AU - Oya, M.
AU - Oyama, K.
AU - Pachmayer, Y.
AU - Padhan, S.
AU - Pagano, D.
AU - Paić, G.
AU - Paisano-Guzmán, S.
AU - Palasciano, A.
AU - Panebianco, S.
AU - Park, H.
AU - Park, H.
AU - Parkkila, J. E.
AU - Patley, Y.
AU - Paul, B.
AU - Pei, H.
AU - Peitzmann, T.
AU - Peng, X.
AU - Pennisi, M.
AU - Perciballi, S.
AU - Peresunko, D.
AU - Perez, G. M.
AU - Pestov, Y.
AU - Petersen, M. T.
AU - Petrov, V.
AU - Petrovici, M.
AU - Piano, S.
AU - Pikna, M.
AU - Pillot, P.
AU - Pinazza, O.
AU - Pinsky, L.
AU - Pinto, C.
AU - Pisano, S.
AU - PłOskoń, M.
AU - Planinic, M.
AU - Pliquett, F.
AU - Poghosyan, M. G.
AU - Polichtchouk, B.
AU - Politano, S.
AU - Poljak, N.
AU - Pop, A.
AU - Porteboeuf-Houssais, S.
AU - Pozdniakov, V.
AU - Pozos, I. Y.
AU - Pradhan, K. K.
AU - Prasad, S. K.
AU - Prasad, S.
AU - Preghenella, R.
AU - Prino, F.
AU - Pruneau, C. A.
AU - Pshenichnov, I.
AU - Puccio, M.
AU - Pucillo, S.
AU - Qiu, S.
AU - Quaglia, L.
AU - Ragoni, S.
AU - Rai, A.
AU - Rakotozafindrabe, A.
AU - Ramello, L.
AU - Rami, F.
AU - Ramírez-álvarez, C. O.
AU - Rasa, M.
AU - Räsänen, S. S.
AU - Rath, R.
AU - Rauch, M. P.
AU - Ravasenga, I.
AU - Read, K. F.
AU - Reckziegel, C.
AU - Redelbach, A. R.
AU - Redlich, K.
AU - Reetz, C. A.
AU - Regules-Medel, H. D.
AU - Rehman, A.
AU - Reidt, F.
AU - Reme-Ness, H. A.
AU - Rescakova, Z.
AU - Reygers, K.
AU - Riabov, A.
AU - Riabov, V.
AU - Ricci, R.
AU - Richter, M.
AU - Riedel, A. A.
AU - Riegler, W.
AU - Riffero, A. G.
AU - Ripoli, C.
AU - Ristea, C.
AU - Rodriguez, M. V.
AU - Rodríguez Cahuantzi, M.
AU - Rodríguez Ramírez, S. A.
AU - Røed, K.
AU - Rogalev, R.
AU - Rogochaya, E.
AU - Rogoschinski, T. S.
AU - Rohr, D.
AU - Röhrich, D.
AU - Rojas Torres, S.
AU - Rokita, P. S.
AU - Romanenko, G.
AU - Ronchetti, F.
AU - Rosas, E. D.
AU - Roslon, K.
AU - Rossi, A.
AU - Roy, A.
AU - Roy, S.
AU - Rubini, N.
AU - Ruggiano, D.
AU - Rui, R.
AU - Russek, P. G.
AU - Russo, R.
AU - Rustamov, A.
AU - Ryabinkin, E.
AU - Ryabov, Y.
AU - Rybicki, A.
AU - Ryu, J.
AU - Rzesa, W.
AU - Sadhu, S.
AU - Sadovsky, S.
AU - Saetre, J.
AU - šafařík, K.
AU - Saha, S. K.
AU - Saha, S.
AU - Sahoo, B.
AU - Sahoo, R.
AU - Sahoo, S.
AU - Sahu, D.
AU - Sahu, P. K.
AU - Saini, J.
AU - Sajdakova, K.
AU - Sakai, S.
AU - Salvan, M. P.
AU - Sambyal, S.
AU - Samitz, D.
AU - Sanna, I.
AU - Saramela, T. B.
AU - Sarkar, D.
AU - Sarma, P.
AU - Sarritzu, V.
AU - Sarti, V. M.
AU - Sas, M. H.P.
AU - Sawan, S.
AU - Scapparone, E.
AU - Schambach, J.
AU - Scheid, H. S.
AU - Schiaua, C.
AU - Schicker, R.
AU - Schlepper, F.
AU - Schmah, A.
AU - Schmidt, C.
AU - Schmidt, H. R.
AU - Schmidt, M. O.
AU - Schmidt, M.
AU - Schmidt, N. V.
AU - Schmier, A. R.
AU - Schotter, R.
AU - Schr, A.
AU - Schukraft, J.
AU - Schweda, K.
AU - Scioli, G.
AU - Scomparin, E.
AU - Seger, J. E.
AU - Sekiguchi, Y.
AU - Sekihata, D.
AU - Selina, M.
AU - Selyuzhenkov, I.
AU - Senyukov, S.
AU - Seo, J. J.
AU - Serebryakov, D.
AU - Serkin, L.
AU - Šerkšnytė, L.
AU - Sevcenco, A.
AU - Shaba, T. J.
AU - Shabetai, A.
AU - Shahoyan, R.
AU - Shangaraev, A.
AU - Sharma, B.
AU - Sharma, D.
AU - Sharma, H.
AU - Sharma, M.
AU - Sharma, S.
AU - Sharma, S.
AU - Sharma, U.
AU - Shatat, A.
AU - Sheibani, O.
AU - Shigaki, K.
AU - Shimomura, M.
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AU - Sibiriak, Y.
AU - Siddhanta, S.
AU - Siemiarczuk, T.
AU - Silva, T. F.
AU - Silvermyr, D.
AU - Simantathammakul, T.
AU - Simeonov, R.
AU - Singh, B.
AU - Singh, B.
AU - Singh, K.
AU - Singh, R.
AU - Singh, R.
AU - Singh, R.
AU - Singh, S.
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AU - Singhal, V.
AU - Sinha, T.
AU - Sitar, B.
AU - Sitta, M.
AU - Skaali, T. B.
AU - Skorodumovs, G.
AU - Smirnov, N.
AU - Snellings, R. J.M.
AU - Solheim, E. H.
AU - Song, J.
AU - Sonnabend, C.
AU - Sonneveld, J. M.
AU - Soramel, F.
AU - Soto-Hernandez, A. B.
AU - Spijkers, R.
AU - Sputowska, I.
AU - Staa, J.
AU - Stachel, J.
AU - Stan, I.
AU - Steffanic, P. J.
AU - Stiefelmaier, S. F.
AU - Stocco, D.
AU - Storehaug, I.
AU - Strangmann, N. J.
AU - Stratmann, P.
AU - Strazzi, S.
AU - Sturniolo, A.
AU - Stylianidis, C. P.
AU - Suaide, A. A.P.
AU - Suire, C.
AU - Sukhanov, M.
AU - Suljic, M.
AU - Sultanov, R.
AU - Sumberia, V.
AU - Sumowidagdo, S.
AU - Szarka, I.
AU - Szymkowski, M.
AU - Taghavi, S. F.
AU - Taillepied, G.
AU - Takahashi, J.
AU - Tambave, G. J.
AU - Tang, S.
AU - Tang, Z.
AU - Tapia Takaki, J. D.
AU - Tapus, N.
AU - Tarasovicova, L. A.
AU - Tarzila, M. G.
AU - Tassielli, G. F.
AU - Tauro, A.
AU - Tavira García, A.
AU - Tejeda Muñoz, G.
AU - Telesca, A.
AU - Terlizzi, L.
AU - Terrevoli, C.
AU - Thakur, S.
AU - Thomas, D.
AU - Tikhonov, A.
AU - Tiltmann, N.
AU - Timmins, A. R.
AU - Tkacik, M.
AU - Tkacik, T.
AU - Toia, A.
AU - Tokumoto, R.
AU - Tomassini, S.
AU - Tomohiro, K.
AU - Topilskaya, N.
AU - Toppi, M.
AU - Tork, T.
AU - Torres, V. V.
AU - Torres Ramos, A. G.
AU - Trifiró, A.
AU - Triolo, A. S.
AU - Tripathy, S.
AU - Tripathy, T.
AU - Trubnikov, V.
AU - Trzaska, W. H.
AU - Trzcinski, T. P.
AU - Tsolanta, C.
AU - Tumkin, A.
AU - Turrisi, R.
AU - Tveter, T. S.
AU - Ullaland, K.
AU - Ulukutlu, B.
AU - Uras, A.
AU - Urioni, M.
AU - Usai, G. L.
AU - Vala, M.
AU - Valle, N.
AU - Van Doremalen, L. V.R.
AU - Van Leeuwen, M.
AU - Van Veen, C. A.
AU - Van Weelden, R. J.G.
AU - Vande Vyvre, P.
AU - Varga, D.
AU - Varga, Z.
AU - Vargas Torres, P.
AU - Vasileiou, M.
AU - Vasiliev, A.
AU - Vázquez Doce, O.
AU - Vazquez Rueda, O.
AU - Vechernin, V.
AU - Vercellin, E.
AU - Vergara Limón, S.
AU - Verma, R.
AU - Vermunt, L.
AU - Vértesi, R.
AU - Verweij, M.
AU - Vickovic, L.
AU - Vilakazi, Z.
AU - Villalobos Baillie, O.
AU - Villani, A.
AU - Vinogradov, A.
AU - Virgili, T.
AU - Virta, M. M.O.
AU - Vislavicius, V.
AU - Vodopyanov, A.
AU - Volkel, B.
AU - Völkl, M. A.
AU - Voloshin, S. A.
AU - Volpe, G.
AU - Von Haller, B.
AU - Vorobyev, I.
AU - Vozniuk, N.
AU - Vrláková, J.
AU - Wan, J.
AU - Wang, C.
AU - Wang, D.
AU - Wang, Y.
AU - Wang, Y.
AU - Wegrzynek, A.
AU - Weiglhofer, F. T.
AU - Wenzel, S. C.
AU - Wessels, J. P.
AU - Wiechula, J.
AU - Wikne, J.
AU - Wilk, G.
AU - Wilkinson, J.
AU - Willems, G. A.
AU - Windelband, B.
AU - Winn, M.
AU - Wright, J. R.
AU - Wu, W.
AU - Wu, Y.
AU - Xiong, Z.
AU - Xu, R.
AU - Yadav, A.
AU - Yadav, A. K.
AU - Yamaguchi, Y.
AU - Yang, S.
AU - Yano, S.
AU - Yeats, E. R.
AU - Yin, Z.
AU - Yoo, I. K.
AU - Yoon, J. H.
AU - Yu, H.
AU - Yuan, S.
AU - Yuncu, A.
AU - Zaccolo, V.
AU - Zampolli, C.
AU - Zanone, F.
AU - Zardoshti, N.
AU - Zarochentsev, A.
AU - Závada, P.
AU - Zaviyalov, N.
AU - Zhalov, M.
AU - Zhang, B.
AU - Zhang, C.
AU - Zhang, L.
AU - Zhang, M.
AU - Zhang, M.
AU - Zhang, S.
AU - Zhang, X.
AU - Zhang, Y.
AU - Zhang, Z.
AU - Zhao, M.
AU - Zherebchevskii, V.
AU - Zhi, Y.
AU - Zhong, C.
AU - Zhou, D.
AU - Zhou, Y.
AU - Zhu, J.
AU - Zhu, S.
AU - Zhu, Y.
AU - Zugravel, S. C.
AU - Zurlo, N.
N1 - Publisher Copyright: Copyright © 2025. Published by Elsevier B.V.
PY - 2026/1
Y1 - 2026/1
N2 - The intense photon fluxes from relativistic nuclei provide an opportunity to study photonuclear interactions in ultraperipheral collisions. In particular, it allows for the investigations of excited, light-flavour vector mesons. The measurement of coherently photoproduced π+π−π+π− final states in ultraperipheral Pb–Pb collisions at sNN=5.02 TeV is presented for the first time. The cross section, d σ /d y , times the branching ratio (ρ→π+π+π−π−) is found to be 47.8 ± 2.3 (stat.) ± 7.7 (syst.) mb in the rapidity interval | y | < 0.5. The invariant mass distribution is not well described with a single Breit-Wigner resonance without an interference term. Including interference with a non-resonant contribution results in the mass and width values being too far from those reported in PDG, while the production of two interfering resonances, ρ (1450) and ρ (1700), also provides a good description of the data. The values of the masses ( m ) and widths (Γ) of the resonances extracted from the fit assuming two interfering resonances are m1=1385±14(stat.)±3(syst.) MeV/ c 2, Γ1=431±36(stat.)±82(syst.) MeV/ c 2, m2=1663±13(stat.)±22(syst.) MeV/ c 2 and Γ2=357±31(stat.)±49(syst.) MeV/ c 2, respectively. The measured cross sections times the branching ratios are compared to recent theoretical predictions.
AB - The intense photon fluxes from relativistic nuclei provide an opportunity to study photonuclear interactions in ultraperipheral collisions. In particular, it allows for the investigations of excited, light-flavour vector mesons. The measurement of coherently photoproduced π+π−π+π− final states in ultraperipheral Pb–Pb collisions at sNN=5.02 TeV is presented for the first time. The cross section, d σ /d y , times the branching ratio (ρ→π+π+π−π−) is found to be 47.8 ± 2.3 (stat.) ± 7.7 (syst.) mb in the rapidity interval | y | < 0.5. The invariant mass distribution is not well described with a single Breit-Wigner resonance without an interference term. Including interference with a non-resonant contribution results in the mass and width values being too far from those reported in PDG, while the production of two interfering resonances, ρ (1450) and ρ (1700), also provides a good description of the data. The values of the masses ( m ) and widths (Γ) of the resonances extracted from the fit assuming two interfering resonances are m1=1385±14(stat.)±3(syst.) MeV/ c 2, Γ1=431±36(stat.)±82(syst.) MeV/ c 2, m2=1663±13(stat.)±22(syst.) MeV/ c 2 and Γ2=357±31(stat.)±49(syst.) MeV/ c 2, respectively. The measured cross sections times the branching ratios are compared to recent theoretical predictions.
KW - Exclusive photoproduction
KW - Ultraperipheral collisions
KW - Vector mesons
UR - https://www.scopus.com/pages/publications/105024317699
U2 - 10.1016/j.physletb.2025.140006
DO - 10.1016/j.physletb.2025.140006
M3 - Article
AN - SCOPUS:105024317699
SN - 0370-2693
VL - 872
JO - Physics Letters, Section B: Nuclear, Elementary Particle and High-Energy Physics
JF - Physics Letters, Section B: Nuclear, Elementary Particle and High-Energy Physics
M1 - 140006
ER -