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U.S. Department of Energy
Office of Scientific and Technical Information

Measurement of the nuclear modification factor for muons from charm and bottom hadrons in Pb+Pb collisions at 5.02 TeV with the ATLAS detector

Journal Article · · Physics Letters. B
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Heavy-flavour hadron production provides information about the transport properties and microscopic structure of the quark–gluon plasma created in ultra-relativistic heavy-ion collisions. A measurement of the muons from semileptonic decays of charm and bottom hadrons produced in Pb+Pb and pp collisions at a nucleon–nucleon centre-of-mass energy of 5.02 TeV with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider is presented. The Pb+Pb data were collected in 2015 and 2018 with sampled integrated luminosities of 208 μb–1 and 38 μb–1, respectively, and pp data with a sampled integrated luminosity of 1.17 pb–1 were collected in 2017. Muons from heavy-flavour semileptonic decays are separated from the light-flavour hadronic background using the momentum imbalance between the inner detector and muon spectrometer measurements, and muons originating from charm and bottom decays are further separated via the muon track's transverse impact parameter. Differential yields in Pb+Pb collisions and differential cross sections in pp collisions for such muons are measured as a function of muon transverse momentum from 4 GeV to 30 GeV in the absolute pseudorapidity interval |n| < 2. Nuclear modification factors for charm and bottom muons are presented as a function of muon transverse momentum in intervals of Pb+Pb collision centrality. The bottom muon results are the most precise measurement of b quark nuclear modification at low transverse momentum where reconstruction of B hadrons is challenging. The measured nuclear modification factors quantify a significant suppression of the yields of muons from decays of charm and bottom hadrons, with stronger effects for muons from charm hadron decays.
Research Organization:
Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), Livermore, CA (United States); SLAC National Accelerator Laboratory (SLAC), Menlo Park, CA (United States); Univ. of Colorado, Boulder, CO (United States)
Sponsoring Organization:
USDOE National Nuclear Security Administration (NNSA); USDOE Office of Science (SC), Basic Energy Sciences (BES); USDOE Office of Science (SC), Nuclear Physics (NP)
Contributing Organization:
The ATLAS Collaboration
Grant/Contract Number:
AC02-76SF00515; AC52-07NA27344; FG02-03ER41244; SC0018117
OSTI ID:
1865561
Alternate ID(s):
OSTI ID: 2342137
OSTI ID: 1880252
OSTI ID: 1972624
Report Number(s):
LLNL--JRNL-826354; 1040802
Journal Information:
Physics Letters. B, Journal Name: Physics Letters. B Vol. 829; ISSN 0370-2693
Publisher:
ElsevierCopyright Statement
Country of Publication:
United States
Language:
English

References (45)

Geant4—a simulation toolkit
  • Agostinelli, S.; Allison, J.; Amako, K.
  • Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, Vol. 506, Issue 3 https://doi.org/10.1016/S0168-9002(03)01368-8
journal July 2003
Heavy-quark colorimetry of QCD matter journal November 2001
An introduction to PYTHIA 8.2 journal June 2015
Parton distributions with LHC data journal February 2013
Measurements of the electron and muon inclusive cross-sections in proton–proton collisions at s=7 TeV with the ATLAS detector journal February 2012
Measurement of the production of high-pT electrons from heavy-flavour hadron decays in Pb–Pb collisions at s NN = 2.76  TeV journal August 2017
Nuclear modification factor of D 0 mesons in PbPb collisions at s NN = 5.02 TeV journal July 2018
Measurement of nuclear modification factors of ϒ(1S), ϒ(2S), and ϒ(3S) mesons in PbPb collisions at s NN = 5.02 TeV journal March 2019
DREENA-B framework: First predictions of R and v2 within dynamical energy loss formalism in evolving QCD medium journal April 2019
Λ c + production in Pb–Pb collisions at s NN = 5.02 TeV journal June 2019
Production of Λ c + baryons in proton-proton and lead-lead collisions at s NN = 5.02 TeV journal April 2020
Heavy-flavor production in heavy-ion collisions and implications for the properties of hot QCD matter journal May 2013
Relativistic Fluid Dynamics in and out of Equilibrium book January 2019
Production and integration of the ATLAS Insertable B-Layer journal May 2018
The new LUCID-2 detector for luminosity measurement and monitoring in ATLAS journal July 2018
LHC Machine journal August 2008
Sensitivity study with a D and B mesons modular simulation code of heavy flavor R A A and azimuthal anisotropies based on beam energy, initial conditions, hadronization, and suppression mechanisms journal August 2020
How much do heavy quarks thermalize in a heavy ion collision? journal June 2005
Charm quark energy loss in infinite QCD matter using a parton cascade model journal February 2015
Alternative ansatz to wounded nucleon and binary collision scaling in high-energy nuclear collisions journal July 2015
Event-by-event correlations between soft hadrons and D 0 mesons in 5.02 TeV PbPb collisions at the CERN Large Hadron Collider journal December 2017
Centrality and transverse momentum dependence of D 0 -meson production at mid-rapidity in Au + Au collisions at s NN = 200 GeV journal March 2019
Toward the determination of heavy-quark transport coefficients in quark-gluon plasma journal May 2019
Highly relativistic nucleus-nucleus collisions: The central rapidity region journal January 1983
Rigorous QCD analysis of inclusive annihilation and production of heavy quarkonium journal February 1995
New parton distributions for collider physics journal October 2010
Observation of D 0 Meson Nuclear Modifications in Au + Au Collisions at s NN = 200     GeV journal September 2014
First Measurement of Λ c Baryon Production in Au + Au Collisions at s N N = 200     GeV journal May 2020
The ATLAS Simulation Infrastructure journal September 2010
Measurement of the differential cross-sections of prompt and non-prompt production of $$J/\psi $$ J / ψ and $$\psi (2\mathrm {S})$$ ψ ( 2 S ) in pp collisions at $$\sqrt{s} = 7$$ s = 7 and 8 TeV with the ATLAS detector journal May 2016
Muon reconstruction performance of the ATLAS detector in proton–proton collision data at $$\sqrt{s}$$ s =13 TeV journal May 2016
Combined analysis of charm-quark fragmentation-fraction measurements journal July 2016
Performance of the ATLAS trigger system in 2015 journal May 2017
Reconstruction of primary vertices at the ATLAS experiment in Run 1 proton–proton collisions at the LHC journal May 2017
Measurement of quarkonium production in proton–lead and proton–proton collisions at $$5.02~\mathrm {TeV}$$ 5.02 TeV with the ATLAS detector journal February 2018
Prompt and non-prompt $$J/\psi $$ J / ψ and $$\psi (2\mathrm {S})$$ ψ ( 2 S ) suppression at high transverse momentum in $$5.02~\mathrm {TeV}$$ 5.02 TeV Pb+Pb collisions with the ATLAS experiment journal September 2018
Measurement of the azimuthal anisotropy of charged particles produced in $$\sqrt{s_{_\text {NN}}}$$ s NN = 5.02 TeV Pb+Pb collisions with the ATLAS detector journal December 2018
Measurements of W and Z boson production in pp collisions at $$\sqrt{s}=5.02$$ s = 5.02  TeV with the ATLAS detector journal February 2019
Measurement of $$W^\pm $$W± boson production in Pb+Pb collisions at $$\sqrt{s_{\mathrm{NN}}} = 5.02~\text {Te}\text {V}$$sNN=5.02Te with the ATLAS detector journal November 2019
Perspectives for the study of charm in-medium quenchingat the LHC with ALICE journal March 2004
Open Heavy-Flavor Production in Heavy-Ion Collisions journal October 2019
Collective Flow and Viscosity in Relativistic Heavy-Ion Collisions journal October 2013
T HE RHIC A CCELERATOR journal December 2002
Glauber Modeling in High-Energy Nuclear Collisions journal November 2007
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