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Measurement of azimuthal anisotropy of muons from charm and bottom hadrons in Pb+Pb collisions at $\sqrt{s_{NN}} =$ 5.02 TeV with the ATLAS detector

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2020

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Report No.: CERN-EP-2019-274; arXiv:2003.03565

Abstract: Azimuthal anisotropies of muons from charm and bottom hadron decays are measured in Pb+Pb collisions at $\sqrt{s_{NN}}=$ 5.02 TeV. The data were collected with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider in 2015 and 2018 with integrated luminosities of 0.5 ${nb}^{-1}$ and 1.4 ${nb^{-1}}$, respectively. The kinematic selection for heavy-flavor muons requires transverse momentum 4 $< p_{T} <$ 30 GeV and pseudorapidity $|\eta|<$ 2.0. The dominant sources of muons in this $p_{T}$ range are semi-leptonic decays of charm and bottom hadrons. These heavy-flavor muons are separated from light-hadron decay muons and punch-through hadrons using the momentum imbalance between the tracking and muon spectrometers. Azimuthal anisotropies, quantified by flow coefficients, are measured via the event-plane method for inclusive heavy-flavor muons as a function of the muon $p_{T}$ and in intervals of Pb+Pb collision centrality. Heavy-flavor muons are separated into contributions from charm and bottom hadron decays using the muon transverse impact parameter with respect to the event primary vertex. Non-zero elliptic ($v_{2}$) and triangular ($v_{3}$) flow coefficients are extracted for charm and bottom muons, with the charm muon coefficients larger than those for bottom muons for all Pb+Pb collision centralities. The results indicate substantial modification to the charm and bottom quark angular distributions through interactions in the quark-gluon plasma produced in these Pb+Pb collisions, with smaller modifications for the bottom quarks as expected theoretically due to their larger mass.

Keyword(s): angular distribution: anisotropy ; hadron: decay ; muon: spectrometer ; quark gluon: plasma ; vertex: primary ; heavy quark ; transverse momentum ; impact parameter ; CERN LHC Coll ; elliptic flow ; triangular flow ; kinematics ; ATLAS ; experimental results ; 5020 GeV-cms/nucleon


Note: 36 pages in total, author list starting page 20, 7 figures, 1 tables, submitted to Phys. Lett. B. All figures including auxiliary figures are available at http://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/HION-2019-11

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 2020
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