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Title: Evidence for light-by-light scattering in heavy-ion collisions with the ATLAS detector at the LHC

Journal Article · · Nature Physics
DOI:https://doi.org/10.1038/nphys4208· OSTI ID:1436643
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Light-by-light scattering (γ γ → γ γ ) is a quantum-mechanical process that is forbidden in the classical theory of electrodynamics. This reaction is accessible at the Large Hadron Collider thanks to the large electromagnetic field strengths generated by ultra-relativistic colliding lead ions. Using 480 µb-1 of lead–lead collision data recorded at a centre-of-mass energy per nucleon pair of 5.02 TeV by the ATLAS detector, here we report evidence for light-by-light scattering. A total of 13 candidate events were observed with an expected background of 2.6 ± 0.7 events. After background subtraction and analysis corrections, the fiducial cross-section of the process Pb + Pb (γ γ )→Pb(*)+ Pb(*)γ γ , for photon transverse energy ET >3 GeV, photon absolute pseudorapidity |η|<2.4, diphoton invariant mass greater than 6 GeV, diphoton transverse momentum lower than 2 GeV and diphoton acoplanarity below 0.01, is measured to be 70 ± 24 (stat.) ±17 (syst.) nb, which is in agreement with the standard model predictions.

Research Organization:
Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), Berkeley, CA (United States); Oak Ridge National Laboratory (ORNL), Oak Ridge, TN (United States). Oak Ridge Leadership Computing Facility (OLCF); Brookhaven National Laboratory (BNL), Upton, NY (United States); Harvard Univ., Cambridge, MA (United States)
Sponsoring Organization:
USDOE Office of Science (SC)
Contributing Organization:
ATLAS Collaboration
Grant/Contract Number:
AC02-05CH11231; SC0012704; SC0007881
OSTI ID:
1436643
Alternate ID(s):
OSTI ID: 1398765; OSTI ID: 1772594
Report Number(s):
BNL-114398-2017-JA¿¿¿; ark:/13030/qt5wx1j0wh; TRN: US1900210
Journal Information:
Nature Physics, Vol. 13, Issue 9; ISSN 1745-2473
Publisher:
Nature Publishing Group (NPG)Copyright Statement
Country of Publication:
United States
Language:
English
Citation Metrics:
Cited by: 144 works
Citation information provided by
Web of Science

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