Preprint/Report PUBDB-2017-01285

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Evidence for light-by-light scattering in heavy-ion collisions with the ATLAS detector at the LHC

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2017

 GO

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Report No.: CERN-EP-2016-316; arXiv:1702.01625

Abstract: Light-by-light scattering ($\gamma\gamma\rightarrow\gamma\gamma$) is a quantum-mechanical process that is forbidden in the classical theory of electrodynamics. This reaction is accessible at the Large Hadron Collider thanks to the large electromagnetic field strengths generated by ultra-relativistic colliding lead (Pb) ions. Using 480 $\mu$b$^{-1}$ of Pb+Pb collision data recorded at a centre-of-mass energy per nucleon pair of 5.02 TeV by the ATLAS detector, the ATLAS Collaboration reports evidence for the $\gamma\gamma\rightarrow\gamma\gamma$ reaction. A total of 13 candidate events are observed with an expected background of 2.6$\pm$0.7 events. After background subtraction and analysis corrections, the fiducial cross section of the process $\textrm{Pb+Pb}\,(\gamma\gamma)\rightarrow \textrm{Pb}^{(\ast)}\textrm{+}\textrm{Pb}^{(\ast)}\,\gamma\gamma$, for photon transverse energy $E_{\mathrm{T}}>$3 GeV, photon absolute pseudorapidity $|\eta|<$2.4, diphoton invariant mass greater than 6 GeV, diphoton transverse momentum lower than 2 GeV and diphoton acoplanarity below 0.01, is measured to be 70 $\pm$ 24 (stat.) $\pm$ 17 (syst.) nb, which is in agreement with Standard Model predictions.

Keyword(s): photon photon: scattering ; electromagnetic field: high ; photon: transverse energy ; heavy ion: scattering ; lead ; mass spectrum: two-photon ; mass spectrum: (2photon) ; ATLAS ; CERN LHC Coll ; background ; photon: transverse momentum ; quantum mechanics ; field strength ; planarity ; photon: rapidity ; channel cross section: measured ; experimental results ; 5020 GeV-cms/nucleon


Note: Published online

Contributing Institute(s):
  1. LHC/ATLAS Experiment (ATLAS)
Research Program(s):
  1. 611 - Fundamental Particles and Forces (POF3-611) (POF3-611)
Experiment(s):
  1. LHC: ATLAS

Appears in the scientific report 2017
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Nature physics 13(9), 852 - 858 () [10.1038/nphys4208]  GO OpenAccess  Download fulltext Files  Download fulltextFulltext by arXiv.org BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS


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