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Title: In-medium modification of dijets in PbPb collisions at $$ \sqrt{s_{\mathrm{NN}}} $$ = 5.02 TeV
A bstract Modifications to the distribution of charged particles with respect to high transverse momentum ( p T ) jets passing through a quark-gluon plasma are explored using the CMS detector. Back-to-back dijets are analyzed in lead-lead and proton-proton collisions at $$ \sqrt{s_{\mathrm{NN}}} $$ s NN = 5 . 02 TeV via correlations of charged particles in bins of relative pseudorapidity and angular distance from the leading and subleading jet axes. In comparing the lead-lead and proton-proton collision results, modifications to the charged-particle relative distance distribution and to the momentum distributions around the jet axis are found to depend on the dijet momentum balance x j , which is the ratio between the subleading and leading jet p T . For events with x j ≈ 1, these modifications are observed for both the leading and subleading jets. However, while subleading jets show significant modifications for events with a larger dijet momentum imbalance, much smaller modifications are found for the leading jets in these events.  more » « less
Award ID(s):
1913624
NSF-PAR ID:
10249916
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
Journal of High Energy Physics
Volume:
2021
Issue:
5
ISSN:
1029-8479
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. A bstract Jet fragmentation transverse momentum ( j T ) distributions are measured in proton-proton (pp) and proton-lead (p-Pb) collisions at $$ \sqrt{s_{\mathrm{NN}}} $$ s NN = 5 . 02 TeV with the ALICE experiment at the LHC. Jets are reconstructed with the ALICE tracking detectors and electromagnetic calorimeter using the anti- k T algorithm with resolution parameter R = 0 . 4 in the pseudorapidity range |η| < 0 . 25. The j T values are calculated for charged particles inside a fixed cone with a radius R = 0 . 4 around the reconstructed jet axis. The measured j T distributions are compared with a variety of parton-shower models. Herwig and P ythia 8 based models describe the data well for the higher j T region, while they underestimate the lower j T region. The j T distributions are further characterised by fitting them with a function composed of an inverse gamma function for higher j T values (called the “wide component”), related to the perturbative component of the fragmentation process, and with a Gaussian for lower j T values (called the “narrow component”), predominantly connected to the hadronisation process. The width of the Gaussian has only a weak dependence on jet transverse momentum, while that of the inverse gamma function increases with increasing jet transverse momentum. For the narrow component, the measured trends are successfully described by all models except for Herwig. For the wide component, Herwig and PYTHIA 8 based models slightly underestimate the data for the higher jet transverse momentum region. These measurements set constraints on models of jet fragmentation and hadronisation. 
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  2. A bstract The path-length dependent parton energy loss within the dense partonic medium created in lead-lead collisions at a nucleon-nucleon center-of-mass energy of $$ \sqrt{s_{\textrm{NN}}} $$ s NN = 5 . 02 TeV is studied by determining the azimuthal anisotropies for dijets with high transverse momentum. The data were collected by the CMS experiment in 2018 and correspond to an integrated luminosity of 1.69 nb − 1 . For events containing back-to-back jets, correlations in relative azimuthal angle and pseudorapidity ( η ) between jets and hadrons, and between two hadrons, are constructed. The anisotropies are expressed as the Fourier expansion coefficients v n , n = 2–4 of these azimuthal distributions. The dijet v n values are extracted from long-range (1 . 5 < |∆ η | < 2 . 5) components of these correlations, which suppresses the background contributions from jet fragmentation processes. Positive dijet v 2 values are observed which increase from central to more peripheral events, while the v 3 and v 4 values are consistent with zero within experimental uncertainties. 
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  3. A bstract The measurement of the production of charm jets, identified by the presence of a D 0 meson in the jet constituents, is presented in proton–proton collisions at centre-of-mass energies of $$ \sqrt{s} $$ s = 5.02 and 13 TeV with the ALICE detector at the CERN LHC. The D 0 mesons were reconstructed from their hadronic decay D 0 → K − π + and the respective charge conjugate. Jets were reconstructed from D 0 -meson candidates and charged particles using the anti- k T algorithm, in the jet transverse momentum range 5 < p T , chjet < 50 GeV/ c , pseudorapidity | η jet | < 0 . 9 − R , and with the jet resolution parameters R = 0 . 2 , 0 . 4 , 0 . 6. The distribution of the jet momentum fraction carried by a D 0 meson along the jet axis $$ \left({z}_{\Big\Vert}^{\textrm{ch}}\right) $$ z ‖ ch was measured in the range 0 . 4 < $$ {z}_{\Big\Vert}^{\textrm{ch}} $$ z ‖ ch < 1 . 0 in four ranges of the jet transverse momentum. Comparisons of results for different collision energies and jet resolution parameters are also presented. The measurements are compared to predictions from Monte Carlo event generators based on leading-order and next-to-leading-order perturbative quantum chromodynamics calculations. A generally good description of the main features of the data is obtained in spite of a few discrepancies at low p T , chjet . Measurements were also done for R = 0 . 3 at $$ \sqrt{s} $$ s = 5 . 02 and are shown along with their comparisons to theoretical predictions in an appendix to this paper. 
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  4. A bstract The production of π ± , K ± , and $$ \left(\overline{\textrm{p}}\right)\textrm{p} $$ p ¯ p is measured in pp collisions at $$ \sqrt{s} $$ s = 13 TeV in different topological regions of the events. Particle transverse momentum ( p T ) spectra are measured in the “toward”, “transverse”, and “away” angular regions defined with respect to the direction of the leading particle in the event. While the toward and away regions contain the fragmentation products of the near-side and away-side jets, respectively, the transverse region is dominated by particles from the Underlying Event (UE). The relative transverse activity classifier, R T  =  N T /〈 N T 〉, is used to group events according to their UE activity, where N T is the measured charged-particle multiplicity per event in the transverse region and 〈 N T 〉 is the mean value over all the analysed events. The first measurements of identified particle p T spectra as a function of R T in the three topological regions are reported. It is found that the yield of high transverse momentum particles relative to the R T -integrated measurement decreases with increasing R T in both the toward and the away regions, indicating that the softer UE dominates particle production as R T increases and validating that R T can be used to control the magnitude of the UE. Conversely, the spectral shapes in the transverse region harden significantly with increasing R T . This hardening follows a mass ordering, being more significant for heavier particles. Finally, it is observed that the p T -differential particle ratios $$ \left(\textrm{p}+\overline{\textrm{p}}\right)/\left({\uppi}^{+}+{\uppi}^{-}\right) $$ p + p ¯ / π + + π − and (K + + K − ) / ( π + + π − ) in the low UE limit ( R T → 0) approach expectations from Monte Carlo generators such as PYTHIA 8 with Monash 2013 tune and EPOS LHC, where the jet-fragmentation models have been tuned to reproduce e + e − results. 
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  5. A bstract A measurement of the inclusive b-jet production cross section is presented in pp and p-Pb collisions at $$ \sqrt{s_{\mathrm{NN}}} $$ s NN = 5 . 02 TeV, using data collected with the ALICE detector at the LHC. The jets were reconstructed in the central rapidity region |η| < 0 . 5 from charged particles using the anti- k T algorithm with resolution parameter R = 0 . 4. Identification of b jets exploits the long lifetime of b hadrons, using the properties of secondary vertices and impact parameter distributions. The p T -differential inclusive production cross section of b jets, as well as the corresponding inclusive b-jet fraction, are reported for pp and p-Pb collisions in the jet transverse momentum range 10 ≤ p T , ch jet ≤ 100 GeV/ c , together with the nuclear modification factor, $$ {R}_{\mathrm{pPb}}^{\mathrm{b}-\mathrm{jet}} $$ R pPb b − jet . The analysis thus extends the lower p T limit of b-jet measurements at the LHC. The nuclear modification factor is found to be consistent with unity, indicating that the production of b jets in p-Pb at $$ \sqrt{s_{\mathrm{NN}}} $$ s NN = 5 . 02 TeV is not affected by cold nuclear matter effects within the current precision. The measurements are well reproduced by POWHEG NLO pQCD calculations with PYTHIA fragmentation. 
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