Precision measurement of the mass difference between light nuclei and anti-nuclei with the ALICE experiment at the LHC

Abstract

Con questo lavoro è stata effettuata una misura della differenza $\Delta \mu = \Delta (m / |z|)$ fra il rapporto massa su carica del deutone (d) e dell'anti-deutone (${\rm \overline{d}}$), e del nucleo di ${\rm ^{3}He}$ e di anti-${\rm ^{3}He}$ con l'esperimento ALICE ad LHC in collisioni Pb--Pb a un'energia nel centro di massa per coppia di nucleoni $\sqrt{s_{\rm NN}}=2.76~{\rm TeV}$. Le misure sono pari a ${\Delta \mu}_{\rm{d\bar{d}}}/{\mu}_{\rm{d}} = [0.9 \pm 0.5 (\rm{stat.}) \pm 1.4 (\rm{syst.})] \times 10^{-4}$ e ${\Delta \mu}_{\rm{^{3}He ^{3}\overline{He}}}/{\mu}_{\rm{^{3}He}} = [-1.2 \pm 0.9 (\rm{stat.}) \pm 1.0 (\rm{syst.})] \times 10^{-3}$. Combinando questi risultati con le misure esistenti delle masse dei (anti-)nucleoni, sono state estratte le corrispondenti differenze di energia di legame ${\Delta \varepsilon}_{\rm{d\bar{d}}}/{\varepsilon}_{\rm{d}} = -0.04 \pm 0.05(\rm{stat.}) \pm 0.12(\rm{syst.})$ e ${\Delta \varepsilon}_{\rm{^{3}He ^{3}\overline{He}}}/{\varepsilon}_{\rm{^{3}He}} = 0.24 \pm 0.16(\rm{stat.}) \pm 0.18(\rm{syst.})$. I risultati verificano, con una precisione senza precedenti, l'invarianza CPT nel settore dei nuclei leggeri.With this work a measurement of the difference $\Delta \mu = \Delta (m / |z|)$ between the mass-over-charge ratio of deuteron (d) and anti-deuteron (${\rm \overline{d}}$), and ${\rm ^{3}He}$ and ${\rm ^{3}\overline{He}}$ nuclei, carried out with the ALICE experiment in Pb--Pb collisions at a centre-of-mass energy per nucleon pair $\sqrt{s_{\rm NN}}=~2.76~\rm{TeV}$ has been performed. The measurement yields ${\Delta \mu}_{\rm{d\bar{d}}}/{\mu}_{\rm{d}} = [0.9 \pm 0.5 (\rm{stat.}) \pm 1.4 (\rm{syst.})] \times 10^{-4}$ and ${\Delta \mu}_{\rm{^{3}He ^{3}\overline{He}}}/{\mu}_{\rm{^{3}He}} = [-1.2 \pm 0.9 (\rm{stat.}) \pm 1.0 (\rm{syst.})] \times 10^{-3}$. Combining these results with existing measurements of the masses of the (anti-)nucleons, the relative binding energy differences are extracted, ${\Delta \varepsilon}_{\rm{d\bar{d}}}/{\varepsilon}_{\rm{d}} = -0.04 \pm 0.05(\rm{stat.}) \pm 0.12(\rm{syst.})$ and ${\Delta \varepsilon}_{\rm{^{3}He ^{3}\overline{He}}}/{\varepsilon}_{\rm{^{3}He}} = 0.24 \pm 0.16(\rm{stat.}) \pm 0.18(\rm{syst.})$. These results test, to an unprecedented precision, the CPT invariance in the sector of light nuclei