Measurements of double-helicity asymmetries in inclusive $J/\psi$ production in longitudinally polarized $p+p$ collisions at $\sqrt{s}=510$ GeV

A. Adare , C. Aidala , N. N. Ajitanand , Y. Akiba , R. Akimoto , M. Alfred , N. Apadula , Y. Aramaki , H. Asano , E. T. Atomssa (1) , T. C. Awes , B. Azmoun , V. Babintsev , M. Bai , N. S. Bandara , B. Bannier , K. N. Barish , S. Bathe , A. Bazilevsky , M. Beaumier , S. Beckman , R. Belmont , A. Berdnikov , Y. Berdnikov , D. Black , D. S. Blau , J. S. Bok , K. Boyle , M. L. Brooks , J. Bryslawskyj , H. Buesching , V. Bumazhnov , S. Campbell , C. -H. Chen , C. Y. Chi , M. Chiu , I. J. Choi , J. B. Choi , T. Chujo , Z. Citron , M. Csanád , T. Csörgő , T. W. Danley , A. Datta , M. S. Daugherity , G. David , K. Deblasio , K. Dehmelt , A. Denisov , A. Deshpande , E. J. Desmond , L. Ding , A. Dion , P. B. Diss , J. H. Do , A. Drees , K. A. Drees , J. M. Durham , A. Durum , A. Enokizono , H. En'Yo , S. Esumi , B. Fadem , N. Feege , D. E. Fields , M. Finger , Jr. Finger , S. L. Fokin , J. E. Frantz , A. Franz , A. D. Frawley , C. Gal , P. Gallus , P. Garg , H. Ge , F. Giordano , A. Glenn , Y. Goto , N. Grau , S. V. Greene , M. Grosse Perdekamp , Yuqiao Gu , T. Gunji , H. Guragain , T. Hachiya , J. S. Haggerty , K. I. Hahn , H. Hamagaki , H. F. Hamilton , S. Y. Han , J. Hanks , S. Hasegawa , T. O. S. Haseler , K. Hashimoto , X. He , T. K. Hemmick , J. C. Hill , R. S. Hollis , K. Homma , B. Hong , T. Hoshino , N. Hotvedt , J. Huang , S. Huang , Y. Ikeda , K. Imai , Y. Imazu , M. Inaba , A. Iordanova , D. Isenhower , D. Ivanishchev , B. V. Jacak , S. J. Jeon , M. Jezghani , J. Jia , X. Jiang , B. M. Johnson , E. Joo , K. S. Joo , D. Jouan (1) , D. S. Jumper , S. Kanda , J. H. Kang , J. S. Kang , D. Kawall , A. V. Kazantsev , J. A. Key , V. Khachatryan , A. Khanzadeev , K. Kihara , C. Kim , D. H. Kim , D. J. Kim , E. -J. Kim , G. W. Kim , H. -J. Kim , M. Kim , Y. K. Kim , B. Kimelman , E. Kistenev , R. Kitamura , J. Klatsky , D. Kleinjan , P. Kline , T. Koblesky , M. Kofarago , B. Komkov , J. Koster , D. Kotov , K. Kurita , M. Kurosawa , Y. Kwon , R. Lacey , J. G. Lajoie , A. Lebedev , K. B. Lee , S. Lee , S. H. Lee , M. J. Leitch , M. Leitgab , X. Li , S. H. Lim , M. X. Liu , D. Lynch , Y. I. Makdisi , M. Makek , A. Manion , V. I. Manko , E. Mannel , M. Mccumber , P. L. Mcgaughey , D. Mcglinchey , C. Mckinney , A. Meles , M. Mendoza , B. Meredith , Y. Miake , A. C. Mignerey , A. J. Miller , A. Milov , D. K. Mishra , J. T. Mitchell , S. Miyasaka , S. Mizuno , A. K. Mohanty , P. Montuenga , T. Moon , D. P. Morrison , T. V. Moukhanova , T. Murakami , J. Murata , A. Mwai , S. Nagamiya , K. Nagashima , J. L. Nagle , M. I. Nagy , I. Nakagawa , H. Nakagomi , K. Nakano , C. Nattrass , P. K. Netrakanti , M. Nihashi , T. Niida , S. Nishimura , R. Nouicer , T. Novák , N. Novitzky , A. S. Nyanin , E. O'Brien , C. A. Ogilvie , J. D. Orjuela Koop , J. D. Osborn , A. Oskarsson , K. Ozawa , R. Pak , V. Pantuev , V. Papavassiliou , J. S. Park , S. Park , S. F. Pate , L. Patel , M. Patel , J. -C. Peng , D. V. Perepelitsa , G. D. N. Perera , D. Yu. Peressounko , J. Perry , R. Petti , C. Pinkenburg , R. Pinson , R. P. Pisani , M. L. Purschke , J. Rak , B. J. Ramson , I. Ravinovich , K. F. Read , D. Reynolds , V. Riabov , Y. Riabov , T. Rinn , N. Riveli , D. Roach , S. D. Rolnick , M. Rosati , Z. Rowan , J. G. Rubin , B. Sahlmueller , N. Saito , T. Sakaguchi , H. Sako , V. Samsonov , M. Sarsour , S. Sato , S. Sawada , B. Schaefer , B. K. Schmoll , K. Sedgwick , J. Seele , R. Seidl , A. Sen , R. Seto , P. Sett , A. Sexton , D. Sharma , I. Shein , T. -A. Shibata , K. Shigaki , M. Shimomura , P. Shukla , A. Sickles , C. L. Silva , D. Silvermyr , B. K. Singh , C. P. Singh , V. Singh , M. Slunečka , M. Snowball , R. A. Soltz , W. E. Sondheim , S. P. Sorensen , I. V. Sourikova , P. W. Stankus , M. Stepanov , S. P. Stoll , T. Sugitate , A. Sukhanov , T. Sumita , J. Sun , J. Sziklai , A. Takahara , A. Taketani , K. Tanida , M. J. Tannenbaum , S. Tarafdar , A. Taranenko , R. Tieulent (2) , A. Timilsina , T. Todoroki , M. Tomášek , H. Torii , C. L. Towell , M. Towell , R. Towell , R. S. Towell , I. Tserruya , H. W. van Hecke , M. Vargyas , J. Velkovska , M. Virius , V. Vrba , E. Vznuzdaev , X. R. Wang , D. Watanabe , Y. Watanabe , Y. S. Watanabe , F. Wei , S. Whitaker , A. S. White , S. Wolin , C. L. Woody , M. Wysocki , B. Xia , L. Xue , S. Yalcin , Y. L. Yamaguchi , A. Yanovich , J. H. Yoo , I. Yoon , I. Younus , H. Yu , I. E. Yushmanov , W. A. Zajc , A. Zelenski , S. Zhou , L. Zou

1 IPNO - Institut de Physique Nucléaire d'Orsay
2 IPNL - Institut de Physique Nucléaire de Lyon

We report the double helicity asymmetry, $A_{LL}^{J/\psi}$, in inclusive $J/\psi$ production at forward rapidity as a function of transverse momentum $p_T$ and rapidity $|y|$. The data analyzed were taken during $\sqrt{s}=510$ GeV longitudinally polarized $p$$+$$p$ collisions at the Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) in the 2013 run using the PHENIX detector. At this collision energy, $J/\psi$ particles are predominantly produced through gluon-gluon scatterings, thus $A_{LL}^{J/\psi}$ is sensitive to the gluon polarization inside the proton. We measured $A_{LL}^{J/\psi}$ by detecting the decay daughter muon pairs $\mu^+ \mu^-$ within the PHENIX muon spectrometers in the rapidity range $1.2<|y|<2.2$. In this kinematic range, we measured the $A_{LL}^{J/\psi}$ to be $0.012 \pm 0.010$~(stat)~$\pm$~$0.003$(syst). The $A_{LL}^{J/\psi}$ can be expressed to be proportional to the product of the gluon polarization distributions at two distinct ranges of Bjorken $x$: one at moderate range $x \approx 0.05$ where recent RHIC data of jet and $\pi^0$ double helicity spin asymmetries have shown evidence for significant gluon polarization, and the other one covering the poorly known small-$x$ region $x \approx 2\times 10^{-3}$. Thus our new results could be used to further constrain the gluon polarization for $x< 0.05$.

Domaines: Physique des Hautes Energies - Expérience [hep-ex]; Physique Nucléaire Expérimentale [nucl-ex]

A. Adare, C. Aidala, N. N. Ajitanand, Y. Akiba, R. Akimoto, et al.. Measurements of double-helicity asymmetries in inclusive $J/\psi$ production in longitudinally polarized $p+p$ collisions at $\sqrt{s}=510$ GeV. Physical Review D, 2016, 94, pp.112008. ⟨10.1103/PhysRevD.94.112008⟩. ⟨in2p3-01333933⟩