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Observation of the jet diffusion wake using dijets in heavy ion collisions

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2026

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Report No.: CERN-EP-2026-017; CMS-HIN-25-012; arXiv:2602.19431

Abstract: Energetic quarks and gluons traversing a hot and dense quark-gluon plasma deposit energy and momentum into the medium before hadronizing to collimated sprays of particles, known as jets. This energy-momentum deposition is expected to produce medium responses, collectively known as jet wakes, with ``diffusion wake'' denoting a depletion of particles in the direction opposite to the propagating jet. These phenomena are studied by comparing dijet-hadron correlations measured in lead-lead (PbPb) and proton-proton (pp) collisions to assess jet-induced modifications of bulk particle production. The analysis uses PbPb and pp data recorded at a nucleon-nucleon center-of-mass energy $\sqrt{s_\mathrm{NN}}$ = 5.02 TeV with the CMS detector at the CERN LHC. By exploring how the dijet-hadron correlation distributions differ for various pseudorapidity separations of the two jets in the dijet, the presence of a jet diffusion wake is firmly established. The wake has a significance greater than 5 standard deviations for charged particles in the transverse momentum range 1 $\lt$$p_\mathrm{T}$$\lt$ 2 GeV. The measurements are compared with various model predictions with and without jet wake effects, providing new insights into quark-gluon plasma properties and the formation of jet-induced wakes.


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-25-012 (CMS Public Pages). This version corrects the CERN reference to CERN-EP-2026-017
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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