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Measurement of photonuclear jet production in ultraperipheral Pb+Pb collisions at $\sqrt{s}_{NN}$ = 5.02 TeV with the ATLAS detector

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2025

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Report No.: CERN-EP-2024-221; arXiv:2409.11060

Abstract: In ultrarelativistic heavy ion collisions at the LHC, each nucleus acts a sources of high-energy real photons that can scatter off the opposing nucleus in ultraperipheral photonuclear (γ+A) collisions. Hard scattering processes initiated by the photons in such collisions provide a novel method for probing nuclear parton distributions in a kinematic region not easily accessible to other measurements. ATLAS has measured production of dijet and multijet final states in ultraperipheral Pb+Pb collisions at $\sqrt{s}_{NN}$=5.02 TeV using a dataset recorded in 2018 with an integrated luminosity of 1.72 nb$^{-1}$. Photonuclear final states are selected by requiring a rapidity gap in the photon direction; this selects events where one of the outgoing nuclei remains intact. Jets are reconstructed using the anti-kt algorithm with radius parameter, R=0.4. Triple-differential cross sections, unfolded for detector response, are measured and presented using two sets of kinematic variables. The first set consists of the total transverse momentum (H$_T$), rapidity, and mass of the jet system. The second set uses H$_T$ and particle-level nuclear and photon parton momentum fractions, x$_A$ and z$_γ$, respectively. The results are compared with leading-order perturbative QCD calculations of photonuclear jet production cross sections, where all leading order predictions using existing fits fall below the data in the shadowing region. More detailed theoretical comparisons will allow these results to strongly constrain nuclear parton distributions, and these data provide results from the LHC directly comparable to early physics results at the planned Electron-Ion Collider.

Classification:

Note: Phys. Rev. D 111 (2025) 052006. 78 pages in total, author list starting page 61, 35 figures, 2 tables, published in Phys. Rev. D. All figures are available at https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/HION-2022-15

Contributing Institute(s):
  1. LHC/ATLAS Experiment (ATLAS)
Research Program(s):
  1. 611 - Fundamental Particles and Forces (POF4-611) (POF4-611)
  2. DFG project G:(GEPRIS)469666862 - Präzisionstests des Standardmodells unter der Verwendung von geboosteten W/Z-Bosonen am Large Hadron Collider (469666862) (469666862)
Experiment(s):
  1. LHC: ATLAS

Appears in the scientific report 2025
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Measurement of photonuclear jet production in ultraperipheral Pb+Pb collisions at $\sqrt{s}_{NN}$ = 5.02 TeV with the ATLAS detector
Physical review / D 111(5), 052006 () [10.1103/PhysRevD.111.052006]  GO OpenAccess  Download fulltext Files  Download fulltextFulltext by arXiv.org BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS


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