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Characterization of nuclear breakup as a function of hard-scattering kinematics using dijets measured by ATLAS in $p$+Pb collisions

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2025

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Report No.: CERN-EP-2025-077; arXiv:2504.02638

Abstract: This Letter analyzes the sensitivity of event geometry estimators to the initial-state kinematics of hard scattering in proton-lead collisions. This analysis uses dijets as a proxy for the parton-parton scattering configuration, correlating it with event geometry estimators, namely the energy deposited in the Zero-Degree Calorimeter and the transverse energy recorded in the Forward Calorimeter in the Pb-going direction. The analysis uses data recorded by the ATLAS detector at the Large Hadron Collider with a nucleon-nucleon center-of-mass energy of 8.16 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 56 nb$^{-1}$. The jets are measured within the pseudorapidity interval $-$2.8 $<$$\eta$$<$ 4.5, where positive $\eta$ values correspond to the direction of the proton beam. Results are presented as a function of the Bjorken-$x$ of the parton originating from the proton, $x_{p}$. Both event geometry estimators are found to be dependent on $x_{p}$, with the energy deposited in the Zero-Degree Calorimeter about six times less sensitive to $x_{p}$ compared with the transverse energy deposited in the Forward Calorimeter.


Note: 39 pages in total, author list starting page 22, 9 figures, 0 tables, submitted to Phys. Lett. B. All figures including auxiliary figures are available at https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/HION-2024-11/

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)
  3. BARD - B-resonance Algorithm using Rare Decays (101116429) (101116429)
  4. REALDARK - REAL-time discovery strategies for DARK matter and dark sector signals at the ATLAS detector with Run-3 LHC data (101002463) (101002463)
  5. DITTO - Comprehensive search for new phenomena in the dilepton spectrum at the LHC (101089007) (101089007)
  6. SMASH - Machine learning for Sciences and Humanities (101081355) (101081355)
Experiment(s):
  1. LHC: ATLAS

Appears in the scientific report 2025
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