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Probing early parton emissions in heavy ion collisions using the Lund jet plane

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2026

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Report No.: CERN-EP-2025-260; CMS-HIN-24-016; arXiv:2602.09271

Abstract: In scattering experiments, high-virtuality partons, i.e., quarks and gluons, initiate a series of additional parton emissions to create collimated sprays of particles known as jets. This paper presents a measurement of the Lund jet plane (LJP) of high-energy jets produced in lead-lead (PbPb) collisions and compares the results to data for proton-proton (pp) collisions. The LJP is formed by iteratively declustering the constituents of a jet into consecutive emissions and recording the relative transverse momentum ($k_\mathrm{T}$) and angle of the resulting emission with respect to its emitter. The angular distributions of two different $k_\mathrm{T}$ slices of the LJP are investigated for jets with radius parameter of 0.4 and transverse momentum in the range 200$-$1000 GeV. The PbPb (pp) data were recorded by the CMS experiment in 2018 (2017) and correspond to an integrated luminosity of 1.7 nb$^{-1}$ (301 pb$^{-1}$) at a nucleon-nucleon center-of-mass energy of 5.02 TeV. The measurement was designed to test whether the earliest jet emissions are produced before the formation of the quark-gluon plasma (QGP) in PbPb collisions. Within the experimental uncertainties, no significant difference is observed between the angular distribution of high-$k_\mathrm{T}$ emissions in \pp and PbPb collisions, which is consistent with these emissions occurring early in the jet evolution, before substantial interaction with the QGP.


Note: Submitted to Physical Review Letters. All figures and tables can be found at http://cms-results.web.cern.ch/cms-results/public-results/publications/HIN-24-016 (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: Das Quantisierte Universum II (390833306) (390833306)
Experiment(s):
  1. LHC: CMS
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