Journal Article GSI-2025-00208

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Emergence of Long-Range Angular Correlations in Low-Multiplicity Proton-Proton Collisions

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2024
APS College Park, Md.

Physical review letters 132(17), 172302 () [10.1103/PhysRevLett.132.172302]

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Report No.: CERN-EP-2023-265; arXiv:2311.14357

Abstract: This Letter presents the measurement of near-side associated per-trigger yields, denoted ridge yields, from the analysis of angular correlations of charged hadrons in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV. Long-range ridge yields are extracted for pairs of charged particles with a pseudorapidity difference of 1.4 < |Δη| < 1.8 and a transverse momentum of 1 < p$_T$ < 2 GeV/c, as a function of the charged-particle multiplicity measured at midrapidity. This Letter extends the measurements of the ridge yield to the low multiplicity region, where in hadronic collisions it is typically conjectured that a strongly interacting medium is unlikely to be formed. The precision of the new low multiplicity results allows for the first direct quantitative comparison with the results obtained in e$^+$e$^-$ collisions at $\sqrt{s}$ = 91 GeV and $\sqrt{s}$ = 183–209 GeV, where initial-state effects such as preequilibrium dynamics and collision geometry are not expected to play a role. In the multiplicity range 8 ≲ ⟨N$_{ch}$⟩ ≲ 24 where the e$^+$e$^-$ results have good precision, the measured ridge yields in pp collisions are substantially larger than the limits set in e$^+$e$^-$ annihilations. Consequently, the findings presented in this Letter suggest that the processes involved in e$^+$e$^-$ annihilations do not contribute significantly to the emergence of long-range correlations in pp collisions.

Keyword(s): p p: scattering ; rapidity: difference ; charged particle: multiplicity: measured ; multiplicity: low ; angular correlation: long-range ; hadron hadron: interaction ; electron positron: annihilation ; initial state ; transverse momentum

Classification:

Note: Phys. Rev. Lett. 132 (2024) 172302. 19 pages, 4 captioned figures, authors from page 13, published version, figures at http://alice-publications.web.cern.ch/node/10338. Published by the American Physical Society under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International license

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)
Experiment(s):
  1. LHC: ALICE

Appears in the scientific report 2024
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