Abstract
This Letter presents the first experimental observation of the attractive strong interaction between a proton and a multistrange baryon (hyperon) Ξ-. The result is extracted from two-particle correlations of combined p-Ξ-S.p-Ξ+ pairs measured in p-Pb collisions at sNN=5.02 TeV at the LHC with ALICE. The measured correlation function is compared with the prediction obtained assuming only an attractive Coulomb interaction and a standard deviation in the range [3.6, 5.3] is found. Since the measured p-Ξ-S.p-Ξ+ correlation is significantly enhanced with respect to the Coulomb prediction, the presence of an additional, strong, attractive interaction is evident. The data are compatible with recent lattice calculations by the HAL-QCD Collaboration, with a standard deviation in the range [1.8, 3.7]. The lattice potential predicts a shallow repulsive Ξ-interaction within pure neutron matter and this implies stiffer equations of state for neutron-rich matter including hyperons. Implications of the strong interaction for the modeling of neutron stars are discussed.
| Original language | English |
|---|---|
| Article number | 112002 |
| Journal | Physical Review Letters |
| Volume | 123 |
| Issue number | 11 |
| DOIs | |
| State | Published - Sep 13 2019 |
| Externally published | Yes |
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.\u2009I. 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 f\u00FCr Forschung, Technologie und Entwicklung, Austria; Ministry of Communications and High Technologies, National Nuclear Research Center, Azerbaijan; Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient\u00EDfico e Tecnol\u00F3gico (CNPq), Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Financiadora de Estudos e Projetos (Finep) and Funda\u00E7\u00E3o de Amparo \u00E0 Pesquisa do Estado de S\u00E3o Paulo (FAPESP), Brazil; Ministry of Science & Technology of China (MSTC), National Natural Science Foundation of China (NSFC) and Ministry of Education of China (MOEC), China; Croatian Science Foundation and Ministry of Science and Education, Croatia; Centro de Aplicaciones Tecnol\u00F3gicas y Desarrollo Nuclear (CEADEN), Cubaenerg\u00EDa, Cuba; Ministry of Education, Youth and Sports of the Czech Republic, Czech Republic; The Danish Council for Independent Research\u2014Natural Sciences, the Carlsberg Foundation and Danish National Research Foundation (DNRF), Denmark; Helsinki Institute of Physics (HIP), Finland; Commissariat \u00E0 l\u2019Energie Atomique (CEA), Institut National de Physique Nucl\u00E9aire et de Physique des Particules (IN2P3) and Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) and Rl\u00E9gion des Pays de la Loire, France; Bundesministerium f\u00FCr Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie (BMBF) and GSI Helmholtzzentrum f\u00FCr 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; Indonesian Institute of Science, Indonesia; Centro Fermi\u2014Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche Enrico Fermi and Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Italy; Institute for Innovative Science and Technology, Nagasaki Institute of Applied Science (IIST), Japan Society for the Promotion of Science (JSPS) KAKENHI and Japanese Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology (MEXT), Japan; Consejo Nacional de Ciencia (CONACYT) y Tecnolog\u00EDa, through Fondo de Cooperaci\u00F3n Internacional en Ciencia y Tecnolog\u00EDa (FONCICYT) and Direcci\u00F3n General de Asuntos del Personal Academico (DGAPA), Mexico; Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO), Netherlands; The Research Council of Norway, Norway; Commission on Science and Technology for Sustainable Development in the South (COMSATS), Pakistan; Pontificia Universidad Cat\u00F3lica del Per\u00FA, Peru; Ministry of Science and Higher Education and National Science Centre, 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 and Ministry of Research and Innovation and Institute of Atomic Physics, Romania; Joint Institute for Nuclear Research (JINR), Ministry of Education and Science of the Russian Federation, National Research Centre Kurchatov Institute, Russian Science Foundation and Russian Foundation for Basic Research, Russia; 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; National Science and Technology Development Agency (NSDTA), Suranaree University of Technology (SUT) and Office of the Higher Education Commission under NRU project of Thailand, Thailand; Turkish Atomic Energy Agency (TAEK), 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.
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In: Physical Review Letters, Vol. 123, No. 11, 112002, 13.09.2019.
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T1 - First observation of an attractive interaction between a proton and a cascade baryon
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AU - Petráček, V.
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AU - Pezzi, R. P.
AU - Piano, S.
AU - Pikna, M.
AU - Pillot, P.
AU - Pimentel, L. O.D.L.
AU - Pinazza, O.
AU - Pinsky, L.
AU - Pisano, S.
AU - Piyarathna, D. B.
AU - Płoskoń, M.
AU - Planinic, M.
AU - Pliquett, F.
AU - Pluta, J.
AU - Pochybova, S.
AU - Poghosyan, M. G.
AU - Polichtchouk, B.
AU - Poljak, N.
AU - Poonsawat, W.
AU - Pop, A.
AU - Poppenborg, H.
AU - Porteboeuf-Houssais, S.
AU - Pozdniakov, V.
AU - Prasad, S. K.
AU - Preghenella, R.
AU - Prino, F.
AU - Pruneau, C. A.
AU - Pshenichnov, I.
AU - Puccio, M.
AU - Punin, V.
AU - Puranapanda, K.
AU - Putschke, J.
AU - Quishpe, R. E.
AU - Ragoni, S.
AU - Raha, S.
AU - Rajput, S.
AU - Rak, J.
AU - Rakotozafindrabe, A.
AU - Ramello, L.
AU - Rami, F.
AU - Raniwala, R.
AU - Raniwala, S.
AU - Räsänen, S. S.
AU - Rascanu, B. T.
AU - Rath, R.
AU - Ratza, V.
AU - Ravasenga, I.
AU - Read, K. F.
AU - Redlich, K.
AU - Rehman, A.
AU - Reichelt, P.
AU - Reidt, F.
AU - Ren, X.
AU - Renfordt, R.
AU - Reshetin, A.
AU - Revol, J. P.
AU - Reygers, K.
AU - Riabov, V.
AU - Richert, T.
AU - Richter, M.
AU - Riedler, P.
AU - Riegler, W.
AU - Riggi, F.
AU - Ristea, C.
AU - Rode, S. P.
AU - Rodríguez Cahuantzi, M.
AU - Røed, K.
AU - Rogalev, R.
AU - Rogochaya, E.
AU - Rohr, D.
AU - Röhrich, D.
AU - Rokita, P. S.
AU - Ronchetti, F.
AU - Rosas, E. D.
AU - Roslon, K.
AU - Rosnet, P.
AU - Rossi, A.
AU - Rotondi, A.
AU - Roukoutakis, F.
AU - Roy, A.
AU - Roy, P.
AU - Rueda, O. V.
AU - Rui, R.
AU - Rumyantsev, B.
AU - Rustamov, A.
AU - Ryabinkin, E.
AU - Ryabov, Y.
AU - Rybicki, A.
AU - Rytkonen, H.
AU - Saarinen, S.
AU - Sadhu, S.
AU - Sadovsky, S.
AU - Šafařík, K.
AU - Saha, S. K.
AU - Sahoo, B.
AU - Sahoo, P.
AU - Sahoo, R.
AU - Sahoo, S.
AU - Sahu, P. K.
AU - Saini, J.
AU - Sakai, S.
AU - Sambyal, S.
AU - Samsonov, V.
AU - Sandoval, A.
AU - Sarkar, A.
AU - Sarkar, D.
AU - Sarkar, N.
AU - Sarma, P.
AU - Sarti, V. M.
AU - Sas, M. H.P.
AU - Scapparone, E.
AU - Schaefer, B.
AU - Schambach, J.
AU - Scheid, H. S.
AU - Schiaua, C.
AU - Schicker, R.
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 - Schukraft, J.
AU - Schutz, Y.
AU - Schwarz, K.
AU - Schweda, K.
AU - Scioli, G.
AU - Scomparin, E.
AU - Šefčík, M.
AU - Seger, J. E.
AU - Sekiguchi, Y.
AU - Sekihata, D.
AU - Selyuzhenkov, I.
AU - Senyukov, S.
AU - Serradilla, E.
AU - Sett, P.
AU - Sevcenco, A.
AU - Shabanov, A.
AU - Shabetai, A.
AU - Shahoyan, R.
AU - Shaikh, W.
AU - Shangaraev, A.
AU - Sharma, A.
AU - Sharma, A.
AU - Sharma, M.
AU - Sharma, N.
AU - Sheikh, A. I.
AU - Shigaki, K.
AU - Shimomura, M.
AU - Shirinkin, S.
AU - Shou, Q.
AU - Sibiriak, Y.
AU - Siddhanta, S.
AU - Siemiarczuk, T.
AU - Silvermyr, D.
AU - Simatovic, G.
AU - Simonetti, G.
AU - Singh, R.
AU - Singh, R.
AU - Singh, V. K.
AU - Singhal, V.
AU - Sinha, T.
AU - Sitar, B.
AU - Sitta, M.
AU - Skaali, T. B.
AU - Slupecki, M.
AU - Smirnov, N.
AU - Snellings, R. J.M.
AU - Snellman, T. W.
AU - Sochan, J.
AU - Soncco, C.
AU - Song, J.
AU - Songmoolnak, A.
AU - Soramel, F.
AU - Sorensen, S.
AU - Sputowska, I.
AU - Stachel, J.
AU - Stan, I.
AU - Stankus, P.
AU - Steffanic, P. J.
AU - Stenlund, E.
AU - Stocco, D.
AU - Storetvedt, M. M.
AU - Strmen, P.
AU - Suaide, A. A.P.
AU - Sugitate, T.
AU - Suire, C.
AU - Suleymanov, M.
AU - Suljic, M.
AU - Sultanov, R.
AU - Šumbera, M.
AU - Sumowidagdo, S.
AU - Suzuki, K.
AU - Swain, S.
AU - Szabo, A.
AU - Szarka, I.
AU - Tabassam, U.
AU - Taillepied, G.
AU - Takahashi, J.
AU - Tambave, G. J.
AU - Tang, S.
AU - Tarhini, M.
AU - Tarzila, M. G.
AU - Tauro, A.
AU - Tejeda Munõz, G.
AU - Telesca, A.
AU - Terrevoli, C.
AU - Thakur, D.
AU - Thakur, S.
AU - Thomas, D.
AU - Thoresen, F.
AU - Tieulent, R.
AU - Tikhonov, A.
AU - Timmins, A. R.
AU - Toia, A.
AU - Topilskaya, N.
AU - Toppi, M.
AU - Torales-Acosta, F.
AU - Torres, S. R.
AU - Tripathy, S.
AU - Tripathy, T.
AU - Trogolo, S.
AU - Trombetta, G.
AU - Tropp, L.
AU - Trubnikov, V.
AU - Trzaska, W. H.
AU - Trzcinski, T. P.
AU - Trzeciak, B. A.
AU - Tsuji, T.
AU - Tumkin, A.
AU - Turrisi, R.
AU - Tveter, T. S.
AU - Ullaland, K.
AU - Umaka, E. N.
AU - Uras, A.
AU - Usai, G. L.
AU - Utrobicic, A.
AU - Vala, M.
AU - Valle, N.
AU - Vallero, S.
AU - Van Der Kolk, N.
AU - Van Doremalen, L. V.R.
AU - Van Leeuwen, M.
AU - Vande Vyvre, P.
AU - Varga, D.
AU - Varga-Kofarago, M.
AU - Vargas, A.
AU - Vargyas, M.
AU - Varma, R.
AU - Vasileiou, M.
AU - Vasiliev, A.
AU - Vázquez Doce, O.
AU - Vechernin, V.
AU - Veen, A. M.
AU - Vercellin, E.
AU - Vergara Limón, S.
AU - Vermunt, L.
AU - Vernet, R.
AU - Vértesi, R.
AU - Vickovic, L.
AU - Viinikainen, J.
AU - Vilakazi, Z.
AU - Villalobos Baillie, O.
AU - Villatoro Tello, A.
AU - Vino, G.
AU - Vinogradov, A.
AU - Virgili, T.
AU - Vislavicius, V.
AU - Vodopyanov, A.
AU - Volkel, B.
AU - Völkl, M. A.
AU - Voloshin, K.
AU - Voloshin, S. A.
AU - Volpe, G.
AU - Von Haller, B.
AU - Vorobyev, I.
AU - Voscek, D.
AU - Vrláková, J.
AU - Wagner, B.
AU - Watanabe, Y.
AU - Weber, M.
AU - Weber, S. G.
AU - Wegrzynek, A.
AU - Weiser, D. F.
AU - Wenzel, S. C.
AU - Wessels, J. P.
AU - Westerhoff, U.
AU - Whitehead, A. M.
AU - Widmann, E.
AU - Wiechula, J.
AU - Wikne, J.
AU - Wilk, G.
AU - Wilkinson, J.
AU - Willems, G. A.
AU - Willsher, E.
AU - Windelband, B.
AU - Witt, W. E.
AU - Wu, Y.
AU - Xu, R.
AU - Yalcin, S.
AU - Yamakawa, K.
AU - Yang, S.
AU - Yano, S.
AU - Yin, Z.
AU - Yokoyama, H.
AU - Yoo, I. K.
AU - Yoon, J. H.
AU - Yuan, S.
AU - Yuncu, A.
AU - Yurchenko, V.
AU - Zaccolo, V.
AU - Zaman, A.
AU - Zampolli, C.
AU - Zanoli, H. J.C.
AU - Zardoshti, N.
AU - Zarochentsev, A.
AU - Závada, P.
AU - Zaviyalov, N.
AU - Zbroszczyk, H.
AU - Zhalov, M.
AU - Zhang, X.
AU - Zhang, Z.
AU - Zhao, C.
AU - Zherebchevskii, V.
AU - Zhigareva, N.
AU - Zhou, D.
AU - Zhou, Y.
AU - Zhou, Z.
AU - Zhu, J.
AU - Zhu, Y.
AU - Zichichi, A.
AU - Zimmermann, M. B.
AU - Zinovjev, G.
AU - Zurlo, N.
N1 - Publisher Copyright: © 2019 CERN, for the ALICE Collaboration.
PY - 2019/9/13
Y1 - 2019/9/13
N2 - This Letter presents the first experimental observation of the attractive strong interaction between a proton and a multistrange baryon (hyperon) Ξ-. The result is extracted from two-particle correlations of combined p-Ξ-S.p-Ξ+ pairs measured in p-Pb collisions at sNN=5.02 TeV at the LHC with ALICE. The measured correlation function is compared with the prediction obtained assuming only an attractive Coulomb interaction and a standard deviation in the range [3.6, 5.3] is found. Since the measured p-Ξ-S.p-Ξ+ correlation is significantly enhanced with respect to the Coulomb prediction, the presence of an additional, strong, attractive interaction is evident. The data are compatible with recent lattice calculations by the HAL-QCD Collaboration, with a standard deviation in the range [1.8, 3.7]. The lattice potential predicts a shallow repulsive Ξ-interaction within pure neutron matter and this implies stiffer equations of state for neutron-rich matter including hyperons. Implications of the strong interaction for the modeling of neutron stars are discussed.
AB - This Letter presents the first experimental observation of the attractive strong interaction between a proton and a multistrange baryon (hyperon) Ξ-. The result is extracted from two-particle correlations of combined p-Ξ-S.p-Ξ+ pairs measured in p-Pb collisions at sNN=5.02 TeV at the LHC with ALICE. The measured correlation function is compared with the prediction obtained assuming only an attractive Coulomb interaction and a standard deviation in the range [3.6, 5.3] is found. Since the measured p-Ξ-S.p-Ξ+ correlation is significantly enhanced with respect to the Coulomb prediction, the presence of an additional, strong, attractive interaction is evident. The data are compatible with recent lattice calculations by the HAL-QCD Collaboration, with a standard deviation in the range [1.8, 3.7]. The lattice potential predicts a shallow repulsive Ξ-interaction within pure neutron matter and this implies stiffer equations of state for neutron-rich matter including hyperons. Implications of the strong interaction for the modeling of neutron stars are discussed.
UR - http://www.scopus.com/inward/record.url?scp=85072770804&partnerID=8YFLogxK
U2 - 10.1103/PhysRevLett.123.112002
DO - 10.1103/PhysRevLett.123.112002
M3 - Article
C2 - 31573229
AN - SCOPUS:85072770804
SN - 0031-9007
VL - 123
JO - Physical Review Letters
JF - Physical Review Letters
IS - 11
M1 - 112002
ER -