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

Disentangling Sources of Momentum Fluctuations in Xe + Xe and Pb + Pb Collisions with the ATLAS Detector

Journal Article · · Physical Review Letters
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High-energy nuclear collisions create a quark-gluon plasma, whose initial condition and subsequent expansion vary from event to event, impacting the distribution of the eventwise average transverse momentum [ P ( [ p T ] ) ]. Disentangling the contributions from fluctuations in the nuclear overlap size (geometrical component) and other sources at a fixed size (intrinsic component) remains a challenge. This problem is addressed by measuring the mean, variance, and skewness of P ( [ p T ] ) in Pb 208 + Pb 208 and Xe 129 + Xe 129 collisions at s NN = 5.02 and 5.44 TeV, respectively, using the ATLAS detector at the LHC. All observables show distinct features in ultracentral collisions, which are explained by a suppression of the geometrical component as the overlap area reaches its maximum. These results demonstrate a new technique to separate geometrical and intrinsic fluctuations, providing constraints on initial conditions and properties of the quark-gluon plasma, such as the speed of sound.

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AC02-76SF00515
OSTI ID:
2481375
Alternate ID(s):
OSTI ID: 2481321
OSTI ID: 2575508
OSTI ID: 2571651
Journal Information:
Physical Review Letters, Journal Name: Physical Review Letters Journal Issue: 25 Vol. 133; ISSN 0031-9007; ISSN PRLTAO
Publisher:
American Physical SocietyCopyright Statement
Country of Publication:
United States
Language:
English

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Centrality and pseudorapidity dependence of the charged-particle multiplicity density in Xe–Xe collisions at s NN = 5.44 TeV journal March 2019
The mean transverse momentum of ultracentral heavy-ion collisions: A new probe of hydrodynamics journal October 2020
Skewness and kurtosis of mean transverse momentum fluctuations at the LHC energies journal March 2024
Ultracentral heavy ion collisions, transverse momentum and the equation of state journal June 2024
Accessing the speed of sound in relativistic ultracentral nucleus-nucleus collisions using the mean transverse momentum journal September 2024
Relativistic Fluid Dynamics in and out of Equilibrium book January 2019
Bayesian estimation of the specific shear and bulk viscosity of quark–gluon plasma journal August 2019
Thermodynamics of hot strong-interaction matter from ultrarelativistic nuclear collisions journal March 2020
Extracting the speed of sound in quark–gluon plasma with ultrarelativistic lead–lead collisions at the LHC journal June 2024
The ATLAS Experiment at the CERN Large Hadron Collider journal August 2008
Measurement of the azimuthal anisotropy of charged-particle production in Xe + Xe collisions at s N N = 5.44 TeV with the ATLAS detector journal February 2020
Skewness of mean transverse momentum fluctuations in heavy-ion collisions journal February 2021
Bayesian analysis of heavy ion collisions with the heavy ion computational framework Trajectum journal May 2021
Higher-order transverse momentum fluctuations in heavy-ion collisions journal February 2022
Complementary two-particle correlation observables for relativistic nuclear collisions journal January 2023
Non-Gaussian transverse momentum fluctuations from impact parameter fluctuations journal August 2023
Thermalization at the femtoscale seen in high-energy Pb+Pb collisions journal May 2024
Analytical insights into the interplay of momentum, multiplicity, and the speed of sound in heavy-ion collisions journal September 2024
Event-by-event fluctuations in mean p T and mean e T in s NN = 130   GeV Au+Au collisions journal August 2002
Transverse momentum fluctuations in nuclear collisions at 158 A GeV journal September 2004
Event-wise 〈 p t 〉 fluctuations in Au-Au collisions at s NN = 130 GeV journal June 2005
Incident energy dependence of p t correlations at relativistic energies journal October 2005
Energy dependence of transverse momentum fluctuations in Pb + Pb collisions at the CERN Super Proton Synchrotron (SPS) at 20 A to 158 A GeV journal April 2009
(3+1)D hydrodynamic simulation of relativistic heavy-ion collisions journal July 2010
Flow analysis with cumulants: Direct calculations journal April 2011
Triangularity and dipole asymmetry in relativistic heavy ion collisions journal June 2011
Fluctuation probes of early-time correlations in nuclear collisions journal January 2012
Mapping the hydrodynamic response to the initial geometry in heavy-ion collisions journal February 2012
Transverse-momentum fluctuations in relativistic heavy-ion collisions from event-by-event viscous hydrodynamics journal April 2012
Event-by-event distributions of azimuthal asymmetries in ultrarelativistic heavy-ion collisions journal May 2013
System-size dependence of transverse momentum correlations at s N N = 62.4 and 200 GeV at the BNL Relativistic Heavy Ion Collider journal June 2013
Collision-energy dependence of p t correlations in Au + Au collisions at energies available at the BNL Relativistic Heavy Ion Collider journal April 2019
Measurement of Nonrandom Event-by-Event Fluctuations of Average Transverse Momentum in s N N = 200     G e V A u + A u and p + p Collisions journal August 2004
The ATLAS Inner Detector commissioning and calibration journal August 2010
The ATLAS Simulation Infrastructure journal September 2010
Event-by-event mean $$\varvec{p}_{\mathbf {T}}$$ p T  fluctuations in pp and Pb–Pb collisions at the LHC journal October 2014
Performance of the ATLAS trigger system in 2015 journal May 2017
Measurement of flow harmonics correlations with mean transverse momentum in lead–lead and proton–lead collisions at $$\sqrt{s_{\mathrm{NN}}} = 5.02~\hbox {TeV}$$sNN=5.02TeV with the ATLAS detector journal December 2019
Heavy Ion Collisions: The Big Picture and the Big Questions journal October 2018
Glauber Modeling in High-Energy Nuclear Collisions journal November 2007

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