Journal Article GSI-2025-00145

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Multiplicity dependence of charged-particle intra-jet properties in pp collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV

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2024
Springer Heidelberg

The European physical journal / C 84(10), 1079 () [10.1140/epjc/s10052-024-13228-0]

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Report No.: CERN-EP-2023-264; arXiv:2311.13322

Abstract: The first measurement of the multiplicity dependence of intra-jet properties of leading charged-particle jets in proton–proton (pp) collisions is reported. The mean charged-particle multiplicity and jet fragmentation distributions are measured in minimum-bias and high-multiplicity pp collisions at center-of-mass energy $\sqrt{s}$ = 13 TeV using the ALICE detector. Jets are reconstructed from charged particles produced in the midrapidity region ($|\eta | < 0.9$) using the sequential recombination anti-$k_{\textrm{T}}$ algorithm with jet resolution parameters R = 0.2, 0.3, and 0.4 for the transverse momentum ($p_\textrm{T}$) interval 5–110 GeV/c. The high-multiplicity events are selected by the forward V0 scintillator detectors. The mean charged-particle multiplicity inside the leading jet cone rises monotonically with increasing jet $p_\textrm{T}$ in qualitative agreement with previous measurements at lower energies. The distributions of jet fragmentation function variables $z^{\textrm{ch}}$ and $\xi ^{\textrm{ch}}$ are measured for different jet-$p_\textrm{T}$ intervals. Jet-$p_\textrm{T}$ independent fragmentation of leading jets is observed for wider jets except at high- and low-$z^{\textrm{ch}}$ values. The observed “hump-backed plateau” structure in the $\xi ^{\textrm{ch}}$ distribution indicates suppression of low-$p_\textrm{T}$ particles. In high-multiplicity events, an enhancement of the fragmentation probability of low-$z^{\textrm{ch}}$ particles accompanied by a suppression of high-$z^{\textrm{ch}}$ particles is observed compared to minimum-bias events. This behavior becomes more prominent for low-$p_\textrm{T}$ jets with larger jet radius. The results are compared with predictions of QCD-inspired event generators, PYTHIA 8 with Monash 2013 tune and EPOS LHC. It is found that PYTHIA 8 qualitatively reproduces the jet modification in high-multiplicity events except at high jet $p_\textrm{T}$. These measurements provide important constraints to models of jet fragmentation.

Keyword(s): p p: colliding beams ; charged particle: multiplicity ; multiplicity: dependence ; jet: fragmentation ; p p: scattering ; model: jet ; charged particle: jet ; jet: fragmentation function ; jet: resolution ; PYTHIA ; suppression ; recombination ; ALICE ; jet: transverse momentum ; transverse momentum dependence ; CERN LHC Coll ; enhancement ; scintillation counter ; structure ; track data analysis: jet ; data analysis method ; numerical calculations: Monte Carlo ; experimental results ; 13000 GeV-cms

Classification:

Note: 33 pages, 9 captioned figures, 4 tables, authors from page 27, published version, figures at http://alice-publications.web.cern.ch/node/10274 "This article is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License, which permits use, sharing, adaptation, distribution and reproduction in any medium or format, as long as you give appropriate credit to the original author(s) and the source, provide a link to the Creative Commons licence, and indicate if changes were made. The images or other third party material in this article are included in the article’s Creative Commons licence, unless indicated otherwise in a credit line to the material. If material is not included in the article’s Creative Commons licence and your intended use is not permitted by statutory regulation or exceeds the permitted use, you will need to obtain permission directly from the copyright holder. To view a copy of this licence, visit http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/."

Contributing Institute(s):
  1. ALICE (ALI)
  2. Detektorlabor (DTL)
  3. IT (CIT)
  4. ExtreMe Matter Institute, EMMI (EXM)
  5. Collaboration CERN: ALICE (ALICE@CERN)
Research Program(s):
  1. 612 - Cosmic Matter in the Laboratory (POF4-612) (POF4-612)
  2. HGS-HIRe - HGS-HIRe for FAIR (HGS-HIRe) (HGS-HIRe)
  3. SUC-GSI-Heidelberg - Strategic university cooperation GSI-U Heidelberg (SUC-GSI-HE) (SUC-GSI-HE)
  4. SUC-GSI-Frankfurt - Strategic university cooperation GSI-U Frankfurt/M (SUC-GSI-FR) (SUC-GSI-FR)
  5. SUC-GSI-Darmstadt - Strategic university cooperation GSI-TU Darmstadt (SUC-GSI-DA) (SUC-GSI-DA)
  6. STRONG-2020 - The strong interaction at the frontier of knowledge: fundamental research and applications (824093) (824093)
  7. DFG project G:(GEPRIS)491382106 - Open-Access-Publikationskosten / 2025-2027 / GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung (491382106) (491382106)
Experiment(s):
  1. LHC: ALICE

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