Journal Article GSI-2025-00201

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Measurements of long-range two-particle correlation over a wide pseudorapidity range in p$-$Pb collisions at $\sqrt{s_{\rm NN}}=5.0$ TeV

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2024
Springer Heidelberg

Journal of high energy physics 01(1), 199 () [10.1007/JHEP01(2024)199]

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Report No.: CERN-EP-2023-196; arXiv:2308.16590

Abstract: Correlations in azimuthal angle extending over a long range in pseudorapidity between particles, usually called the 'ridge' phenomenon, were discovered in heavy-ion collisions, and later found in pp and p$-$Pb collisions. In large systems, they are thought to arise from the expansion (collective flow) of the produced particles. Extending these measurements over a wider range in pseudorapidity and final-state particle multiplicity is important to understand better the origin of these long-range correlations in small-collision systems. In this Letter, measurements of the long-range correlations in p$-$Pb collisions at $\sqrt{s_{\rm NN}} = 5.02$ TeV are extended to a pseudorapidity gap of $\Delta\eta \sim 8$ between particles using the ALICE, forward multiplicity detectors. After suppressing non-flow correlations, e.g., from jet and resonance decays, the ridge structure is observed to persist up to a very large gap of $\Delta\eta \sim 8$ for the first time in p$-$Pb collisions. This shows that the collective flow-like correlations extend over an extensive pseudorapidity range also in small-collision systems such as p$-$Pb collisions. The pseudorapidity dependence of the second-order anisotropic flow coefficient, $v_{2}({\eta})$, is extracted from the long-range correlations. The $v_{2}(\eta)$ results are presented for a wide pseudorapidity range of $-3.1 < \eta < 4.8$ in various centrality classes in p$-$Pb collisions. To gain a comprehensive understanding of the source of anisotropic flow in small-collision systems, the $v_{2}(\eta)$ measurements are compared to hydrodynamic and transport model calculations. The comparison suggests that the final-state interactions play a dominant role in developing the anisotropic flow in small-collision systems.

Keyword(s): correlation: long-range ; flow: anisotropy ; rapidity: gap ; correlation: two-particle ; particle: multiplicity ; particle flow: collective phenomena ; resonance: decay ; heavy ion: scattering ; TeV ; collective ; ALICE ; transport theory ; p ; lead ; hydrodynamics ; suppression ; structure ; final-state interaction ; quark gluon: plasma ; Brookhaven RHIC Coll ; CERN LHC Coll ; jet ; Monte Carlo ; numerical calculations ; GEANT ; calorimeter ; time projection chamber ; scintillation counter

Classification:

Note: 27 pages, 11 captioned figures, 2 tables, authors from page 21, published version, figures at http://alice-publications.web.cern.ch/node/9604. . This article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC-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. CosmicAntiNuclei - Constraining cosmic antinuclei fluxes for indirect dark matter searches with precision measurements of rare antimatter cluster formation (950692) (950692)
  8. 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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