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Title: Performance of CMS muon reconstruction from proton-proton to heavy ion collisions
Abstract The performance of muon tracking, identification, triggering, momentum resolution, and momentum scale has been studied with the CMS detector at the LHC using data collected at √(sNN) = 5.02 TeV in proton-proton (pp) and lead-lead (PbPb) collisions in 2017 and 2018, respectively, and at √(sNN) = 8.16 TeV in proton-lead (pPb) collisions in 2016. Muon efficiencies, momentum resolutions, and momentum scales are compared by focusing on how the muon reconstruction performance varies from relatively small occupancy pp collisions to the larger occupancies of pPb collisions and, finally, to the highest track multiplicity PbPb collisions. We find the efficiencies of muon tracking, identification, and triggering to be above 90% throughout most of the track multiplicity range. The momentum resolution and scale are unaffected by the detector occupancy. The excellent muon reconstruction of the CMS detector enables precision studies across all available collision systems.  more » « less
Award ID(s):
2121686
PAR ID:
10552267
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
Institute of Physics
Date Published:
Journal Name:
Journal of Instrumentation
Volume:
19
Issue:
09
ISSN:
1748-0221
Page Range / eLocation ID:
P09012
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
More Like this
  1. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> Measurements of the charge-dependent two-particle angular correlation function in proton-lead (pPb) collisions at a nucleon-nucleon center-of-mass energy of$$ \sqrt{s_{\textrm{NN}}} $$ s NN = 8.16 TeV and lead-lead (PbPb) collisions at$$ \sqrt{s_{\textrm{NN}}} $$ s NN = 5.02 TeV are reported. The pPb and PbPb data sets correspond to integrated luminosities of 186 nb−1and 0.607 nb−1, respectively, and were collected using the CMS detector at the CERN LHC. The charge-dependent correlations are characterized by balance functions of same- and opposite-sign particle pairs. The balance functions, which contain information about the creation time of charged particle pairs and the development of collectivity, are studied as functions of relative pseudorapidity (∆η) and relative azimuthal angle (∆ϕ), for various multiplicity and transverse momentum (pT) intervals. A multiplicity dependence of the balance function is observed in ∆ηand ∆ϕfor both systems. The width of the balance functions decreases towards high-multiplicity collisions in the momentum region<2 GeV, for pPb and PbPb results. Integrals of the balance functions are presented in both systems, and a mild dependence of the charge-balancing fractions on multiplicity is observed. No multiplicity dependence is observed at higher transverse momentum. The data are compared withhydjet,hijing, andamptgenerator predictions, none of which capture completely the multiplicity dependence seen in the data. The comparison of results with different center-of-mass energies suggests that the balance functions become narrower at higher energies, which is consistent with the idea of delayed hadronization and the effect of radial flow. 
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  2. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> The collective behavior of$$ {\textrm{K}}_{\textrm{S}}^0 $$ K S 0 and$$ \Lambda /\overline{\Lambda} $$ Λ / Λ ¯ strange hadrons is studied by measuring the elliptic azimuthal anisotropy (v2) using the scalar-product and multiparticle correlation methods. Proton-lead (pPb) collisions at a nucleon-nucleon center-of-mass energy$$ \sqrt{s_{\textrm{NN}}} $$ s NN = 8.16 TeV and lead-lead (PbPb) collisions at$$ \sqrt{s_{\textrm{NN}}} $$ s NN = 5.02 TeV collected by the CMS experiment at the LHC are investigated. Nonflow effects in the pPb collisions are studied by using a subevent cumulant analysis and by excluding events where a jet with transverse momentum greater than 20 GeV is present. The strange hadronv2values extracted in pPb collisions via the four- and six-particle correlation method are found to be nearly identical, suggesting the collective behavior. Comparisons of the pPb and PbPb results for both strange hadrons and charged particles illustrate how event-by-event flow fluctuations depend on the system size. 
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  3. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    null (Ed.)
    A bstract The momentum-weighted sum of the electric charges of particles inside a jet, known as jet charge, is sensitive to the electric charge of the particle initiating the parton shower. This paper presents jet charge distributions in $$ \sqrt{s_{\mathrm{NN}}} $$ s NN = 5 . 02 TeV lead-lead (PbPb) and proton-proton (pp) collisions recorded with the CMS detector at the LHC. These data correspond to integrated luminosities of 404 μ b − 1 and 27.4 pb − 1 for PbPb and pp collisions, respectively. Leveraging the sensitivity of the jet charge to fundamental differences in the electric charges of quarks and gluons, the jet charge distributions from simulated events are used as templates to extract the quark- and gluon-like jet fractions from data. The modification of these jet fractions is examined by comparing pp and PbPb data as a function of the overlap of the colliding Pb nuclei (centrality). This measurement tests the color charge dependence of jet energy loss due to interactions with the quark-gluon plasma. No significant modification between different centrality classes and with respect to pp results is observed in the extracted quark- and gluon-like jet fractions. 
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  4. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> The first measurement of the dijet transverse momentum balancexjin proton-lead (pPb) collisions at a nucleon-nucleon center-of-mass energy of$$\sqrt{{s}_{\text{NN}}}$$= 8.16 TeV is presented. Thexjobservable, defined as the ratio of the subleading over leading jet transverse momentum in a dijet pair, is used to search for jet quenching effects. The data, corresponding to an integrated luminosity of 174.6 nb−1, were collected with the CMS detector in 2016. Thexjdistributions and their average values are studied as functions of the charged-particle multiplicity of the events and for various dijet rapidity selections. The latter enables probing hard scattering of partons carrying distinct nucleon momentum fractionsxin the proton- and lead-going directions. The former, aided by the high-multiplicity triggers, allows probing for potential jet quenching effects in high-multiplicity events (with up to 400 charged particles), for which collective phenomena consistent with quark-gluon plasma (QGP) droplet formation were previously observed. The ratios ofxjdistributions for high- to low-multiplicity events are used to quantify the possible medium effects. These ratios are consistent with simulations of the hard-scattering process that do not include QGP production. These measurements set an upper limit on medium-induced energy loss of the subleading jet of 1.26% of its transverse momentum at the 90% confidence level in high multiplicity pPb events. 
    more » « less
  5. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of High Energy Physics)
    A<sc>bstract</sc> The production of prompt$$ {\Lambda}_{\textrm{c}}^{+} $$ Λ c + baryons is measured via the exclusive decay channel$$ {\Lambda}_{\textrm{c}}^{+}\to p{\textrm{K}}^{-}{\pi}^{+} $$ Λ c + → p K − π + at a center-of-mass energy per nucleon pair of 5.02 TeV, using proton-proton (pp) and lead-lead (PbPb) collision data collected by the CMS experiment at the CERN LHC. The pp and PbPb data were obtained in 2017 and 2018 with integrated luminosities of 252 and 0.607 nb−1, respectively. The measurements are performed within the$$ {\Lambda}_{\textrm{c}}^{+} $$ Λ c + rapidity interval |y|<1 with transverse momentum (pT) ranges of 3–30 and 6–40 GeV/cfor pp and PbPb collisions, respectively. Compared to the yields in pp collisions scaled by the expected number of nucleon-nucleon interactions, the observed yields of$$ {\Lambda}_{\textrm{c}}^{+} $$ Λ c + withpT>10 GeV/care strongly suppressed in PbPb collisions. The level of suppression depends significantly on the collision centrality. The$$ {\Lambda}_{\textrm{c}}^{+} $$ Λ c + /D0production ratio is similar in PbPb and pp collisions atpT>10 GeV/c, suggesting that the coalescence process does not play a dominant role in prompt$$ {\Lambda}_{\textrm{c}}^{+} $$ Λ c + baryon production at higherpT. 
    more » « less
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