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Measurement of jet photoproduction in ultra-peripheral Pb+Pb collisions without nuclear breakup at $\sqrt{s_\mathrm{NN}} = 5.02$ TeV with the ATLAS detector

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2026

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Report No.: CERN-EP-2026-125; arXiv:2604.24435

Abstract: In ultra-relativistic heavy ion collisions at the LHC, each nucleus acts as a source of high-energy quasi-real photons that can participate in scattering processes without causing either participating nucleus to break up and emit forward neutrons. This paper extends recent measurements of $γ+A\rightarrow\mathrm{jets}$ production in ultra-peripheral Pb+Pb collisions at $\sqrt{s_\mathrm{NN}} = 5.02$ TeV with forward neutron emission on exactly one side of the event. The data presented here was recorded by the ATLAS collaboration at the LHC in 2018, corresponding to a luminosity of $1.72$ nb$^{-1}$. These results examines $5.02$ TeV Pb+Pb collisions where neither nucleus breaks up ($0n0n$), providing a mixture of photon--pomeron ($γ+I\!\!P\rightarrow\mathrm{jets}$), photon--photon ($γ+γ\rightarrow\mathrm{jets}$), and peripheral photonuclear ($γ+A\rightarrow\mathrm{jets}$) events. The different processes are statistically separated via a template fit of the minimum rapidity gap distribution. The kinematics of the hard processes are determined from $R = 0.4$ jets reconstructed using the anti-$k_t$ algorithm. The statistical separation of the different processes then allows for the first measurement of $γ+I\!\!P\rightarrow\mathrm{jets}$ cross-sections in nuclear collisions at the LHC. The rate for electromagnetic dissociation of $0n0n$$γ+A\rightarrow\mathrm{jets}$ events is also measured and compared to the analogous result from collisions with single-sided neutron emission. These comparisons support the hypothesis that $γ+A\rightarrow\mathrm{jets}$ events without forward neutron emission select a more peripheral class of $γ+A$ collisions.


Note: 44 pages in total, author list starting page 28, 15 figures, 1 table, submitted to Phys. Rev. C. All figures including auxiliary figures are available at http://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/HION-2026-01

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. REALDARK - REAL-time discovery strategies for DARK matter and dark sector signals at the ATLAS detector with Run-3 LHC data (101002463) (101002463)
  4. BARD - B-resonance Algorithm using Rare Decays (101116429) (101116429)
  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 2026
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