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Characterizing the initial state and dynamical evolution in XeXe and PbPb collisions using multiparticle cumulants

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2025

[10.3204/PUBDB-2025-04920]  GO

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Report No.: CERN-EP-2025-210; CMS-HIN-24-004; arXiv:2510.26766

Abstract: For the first time, correlations among mixed-order moments of two or three flow harmonics $-$($v_{n}^{k},v_{m}^{l}$) and ($v_{n}^{k},v_{m}^{l}, v_{p}^{q}$), with $k$, $l$, and $q$ denoting the respective orders$-$are measured in xenon-xenon (XeXe) collisions and compared with lead-lead (PbPb) results, providing a novel probe of collective behavior in heavy ion collisions. These measurements compare a nearly spherical, doubly-magic ${}^{208}$Pb nucleus to a triaxially deformed ${}^{129}$Xe nucleus, emphasizing the sensitivity to dynamic nuclear deformation. The dependence of these results ($v_{n}$, $n$ = 2, 3, 4) on the shape and size of the nuclear overlap region is studied. Comparisons between $v_{2}$, $v_{3}$, and $v_{4}$ demonstrate the importance of $v_{3}$ and $v_{4}$ in exploring the nonlinear hydrodynamic response of the quark-gluon plasma (QGP) to the initial spatial anisotropy. The results constrain initial-state model parameters that influence the evolution of the QGP. The CMS detector was used to collect XeXe and PbPb data at nucleon-nucleon center-of-mass energies of $\sqrt{s_\mathrm{NN}}$ = 5.44 and 5.36 TeV, respectively. Correlations are extracted using multiparticle mixed-harmonic cumulants (up to eight-particle cumulants) with charged particles in the pseudorapidity range $\lvertη\rvert$$\lt$ 2.4 and transverse momentum range 0.5 $\lt$$p_\mathrm{T}$$\lt$ 3 GeV/$c$.


Note: Submitted to Physics Letters B. All figures and tables can be found at http://cms-results.web.cern.ch/cms-results/public-results/publications/HIN-24-004 (CMS Public Pages)
Contributing Institute(s):
  1. LHC/CMS Experiment (CMS)
Research Program(s):
  1. 611 - Fundamental Particles and Forces (POF4-611) (POF4-611)
  2. HIDSS-0002 - DASHH: Data Science in Hamburg - Helmholtz Graduate School for the Structure of Matter (2019_IVF-HIDSS-0002) (2019_IVF-HIDSS-0002)
  3. DFG project G:(GEPRIS)390833306 - EXC 2121: Quantum Universe (390833306) (390833306)
  4. GRK 2497 - GRK 2497: Physik der schwersten Teilchen am Large Hadron Collider (400140256) (400140256)
Experiment(s):
  1. LHC: CMS

Appears in the scientific report 2025
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