High Density QCD Physics with Heavy Ions in CMS
Ferenc Sikler
CMS实验的重离子计划将通过研究全球观测量和特定探针来研究极端条件下的QCD物质。
The heavy ion program of the CMS experiment will examine the QCD matter under extreme conditions, through the study of global observables and specific probes.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
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Soft probes of high density QCD physics with CMS
CMS重离子计划将探测极端条件下的QCD物质。它的能力的研究，全球可观的软探针。
Studying QCD at low x and high mass with CMS
CMS重离子计划可以在前所未有的比约肯x和质量范围内研究夸克物质。CMS配备了优秀的探测器，以利用新的物理探针在_/Snn = 5.5 TeV。高速率的能力和广泛的快度覆盖范围将使我们能够研究低x和高质量现象之间的相关性。
Low-x QCD with CMS at the LHC
本文结合HERA和RHIC的实验结果讨论了质子和原子核中部分子动量分数x小值时胶子饱和和非线性演化的物理过程。本文讨论了LHC在低x QCD研究方面的丰富物理潜力，并介绍了利用紧凑μ子螺线管（CMS）实验对pp、pA和AA碰撞的一些测量结果。
Small-x QCD studies with CMS at the LHC
CMS实验研究LHC能量下质子和核中低x部分子结构和QCD演化的能力通过四种不同的测量来呈现，在Pb-Pb中在sqrt（s_NN）= 5.5 TeV进行：（i）带电强子快度密度$dN_{ch}/dη$和（ii）Upperdum的超周边（光）产生;以及在p-p中在sqrt（s）= 14 TeV进行：（iii）包括前喷流和（iv）Mueller-Navelet双喷流（由$Deltaη\gtrsim$ 8分隔）。
High-density QCD with CMS at the LHC
CMS实验的能力，探索丰富的重离子物理方案提供的欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）的总结。在Pb-Pb碰撞在sqrt（s）= 5.5 TeV的各种代表性的测量。这些包括“散装”观测（带电强子多重性，低pT包容性强子光谱和椭圆流），提供信息的集体性质的系统;以及微扰过程（高pT强子，喷流，伽玛喷流和夸克偶素生产），产生“层析”的反应的致密相的信息。
Hard Probe Capabilities of CMS in Heavy Ion Collisions at the LHC
大型强子对撞机（LHC）的重离子碰撞将产生前所未有的能量密度的强相互作用物质。在LHC碰撞能量下，稠密初始碰撞系统的新硬探针将变得容易获得。我们提出了一个概述的能力，紧凑的μ子螺线管（CMS）探测器使用这些探针的QCD现象的最高能量密度的详细研究。
Study of the thermodynamic properties of hot QCD matter with the CMS experiment
利用CMS实验在LHC上最近的测量结果，通过超中央铅-铅碰撞中平均横向动量的多重性依赖性提取强相互作用物质在极端温度下的速度平方，并与格点QCD计算结果一致。
Top quark and vector meson production in heavy ion collisions at CMS
本文介绍了 CMS 在重离子碰撞中对顶夸克产生和矢量介子光致产生的研究结果及其物理动机，展示了 QCD 和电磁探针的探测进展。
Capabilities of the CMS detector for studies of hard probes in heavy ion collisions at the LHC
本文介绍了CMS实验研究CERN大型强子对撞机（Large Hadron Collider）上重离子碰撞中产生的热而致密的QCD物质的性质的能力。从夸克偶素和$γ$ -喷注产生两个硬探针的角度出发，详细研究了在每核子对$\sqrt{s}=5.5$ TeV的Pb+Pb碰撞中CMS探测器的完整模拟.
Extracting the speed of sound in the strongly interacting matter created in relativistic nuclear collisions with the CMS experiment
本文利用CMS实验在5.02 TeV铅-铅超中心碰撞数据中，通过带电粒子多重数与平均横动量的关系提取强相互作用物质的声速，并与流体力学模拟及格点QCD预言对比，为约束状态方程和寻找QCD相变临界点提供依据。
Jet Results and Jet Reconstruction Techniques in p+p and their Prospects in Pb+Pb Collisions in CMS
由于碰撞能量的大幅增加，预计大型强子对撞机将产生大量高能喷流。在这些高质心能量下的喷注重建将为绘制出部分子能量损失的QCD演化和对热QCD物质性质的独特洞察提供至关重要的杠杆作用。本文介绍了喷注重建技术和在LHC的CMS实验中收集的$\sqrt{s}=7$ TeV的p+p碰撞的初步喷注结果。最后讨论了重离子碰撞的喷注重建前景。
Ultrarelativistic heavy ion collisions at the laboratory provide a unique chance to study quantum chromodynamics (QCD) under extreme temperature (${\approx}150\,\mathrm{MeV}$) and density (${\approx}1\,\mathrm{GeV}/\mathrm{fm}^3$) conditions. Over the past decade, experimental results from LHC have shown further evidence for the formation of the quark-gluon plasma (QGP), a phase that is thought to permeate the early Universe and is formed in the high-density neutron-star cores. Various QCD predictions that model the behavior of the low-$x$ gluon nuclear density, a poorly explored region, are a…
Review of bottomonium measurements from CMS
本文综述了在大型强子对撞机上进行的CMS实验中底偶素系统的研究结果。在质子碰撞和涉及重离子的碰撞中，在不同的质心能量下进行了测量。这些包括精确测量横截面和极化，揭示强子产生机制，以及观察夸克偶素序列抑制，这是夸克-胶子等离子体形成的一个显著迹象。观察生产的bottomonium对也报告随着寻找新的国家。最后，我们对未来的物理计划进行了简要的展望。
LHC Results on Charmonium in Heavy Ions
在高能重离子碰撞中，量子色动力学（QCD）预言了退禁闭夸克-胶子等离子体（QGP）态的产生。夸克偶素（$c\bar{c}$或$b\bar{b}$束缚态）是研究量子广义相对论和量子色动力学在高部分子密度环境下的行为的有效手段。到目前为止，欧洲核子研究中心的大型强子对撞机（LHC）在2010年和2011年提供了两次$\sqrt{s_{NN}}$ = 2.76 TeV的PbPb碰撞。大型强子对撞机的ALICE、ATLAS和CMS实验分析了$J/ψ$和$Υ$家族的产额和光谱。在这篇文章中，我们特别回顾了最近的粲偶素结果在铅铅碰撞在LHC从2010年运行。
Hard probes are indispensable tools to study the hot and dense quark-gluon matter created in ultra-relativistic heavy ion collisions. These probes are created in the collision itself with a small cross section, and they serve as indicators of various properties of the medium, such as temperature, viscosity, energy density, transport coefficients. Hard probes measured by the CMS and ATLAS experiments at the LHC include highly energetic jets and charged particles, quarkonium states, and electroweak gauge bosons. An overview of those recent experimental results will be given that represent the pa…
Dimuon results in PbPb and pp collisions in CMS
大型强子对撞机提供了独特的机会，研究在极端温度和非常低的部分子动量分数的Pb+Pb碰撞中产生的热QCD物质的性质。凭借其高精度，跟踪和量热的大接受度，以及允许分析每个最小偏差Pb+Pb事件的触发方案，CMS完全具备在Pb+Pb碰撞的高多重性环境中测量双μ子的能力。这种探针特别相关，因为它们在早期产生并通过介质传播，绘制其演变。基于2010年LHC运行的CMS实验研究pp和Pb+Pb碰撞中双μ子产生的能力将被审查。CMS能够测量初级和次级J/psi，以及三种Uppermont状态。夸克偶素的结果在sqrt（s）=2.76 TeV的pp和Pb+Pb，包括一个诱人的观察抑制的Uppermands激发态。将描述作为初始状态的探测器的Z 0玻色子包含和差分测量。
Overview of high-density QCD studies with the CMS experiment at the LHC
本文综述了CMS实验在LHC重离子碰撞中对高密度QCD和夸克-胶子等离子体的关键测量，涵盖小体系集体性、喷注淬火、重味探针及底偶素抑制等突破性成果，并展望了未来研究机会。
Weak boson production measured in PbPb and pp collisions by CMS
LHC提供的前所未有的质心能量为研究在极端温度和非常低的部分子动量分数下PbPb碰撞中产生的强相互作用QCD物质的性质提供了独特的机会。电弱玻色子的产生是强子对撞机上一个重要的基准过程。精确测量重离子碰撞中的Z产生可以帮助约束核PDF以及作为LHC能量下PbPb碰撞初始状态的标准烛光。的包容性和差分测量的Z玻色子产量的μ子衰变通道，建立没有修改观察到相对于下一个领先的顺序pQCD计算，缩放的非相干核子-核子碰撞的数量。给出了电子衰变通道中Z测量的现状以及在重离子碰撞中首次观测到的W \rightarrow μν。重离子的结果将在上下文中获得的PP碰撞与CMS检测器。
Dimuons in pp and PbPb collisions with the CMS experiment
LHC提供的前所未有的质心能量为研究在极端温度和非常低的部分子动量分数下PbPb碰撞中产生的强相互作用QCD物质的性质提供了独特的机会。凭借其高精度，跟踪和量热的大接受度，以及允许分析每个最小偏差PbPb事件的触发方案，CMS完全具备在核-核碰撞的高多重性环境中测量双μ子的能力。这种探针与这些研究特别相关，因为它们在早期产生并通过介质传播，绘制其演变。包容性和差分测量的Z玻色子产量将显示，建立没有修改观察到相对于理论下到领先阶pQCD计算。证实了在LHC上用Glauber标度计算核-核碰撞微扰截面的有效性。此外，夸克偶素测量的状态（初级和次级J/π，和3个Uppersons状态）将被审查，无论是在pp和PbPb碰撞。
QCD and Heavy Ions
这篇短文试图描述一个理论家对刚刚进入对撞机时代的相对论重离子计划目标的看法。这些目标围绕着理解量子色动力学（QCD）在高色场强度和高部分子密度的非线性区域中的性质和临界行为。一些当前的理论挑战突出，并在更广泛的背景下，现代粒子和核物理的重离子研究的地方进行了讨论。
Jet measurements by the CMS experiment in pp and PbPb collisions
高能核碰撞中产生的快部分子穿越强相互作用物质时的能量损失是研究产生介质性质的重要观测量之一。多用途紧凑型μ子螺线管（CMS）探测器设计精良，可通过其高分辨率量热计和高精度硅跟踪器测量这些硬散射过程。分析数据从PP和PbPb碰撞的质心能量为2.76 TeV的部分子能量损失观察到作为一个显着的不平衡的dijet横向动量。为了进一步理解部分子能量损失的机制，利用投射到前沿喷流方向上的带电径迹的横向动量平衡，研究了猝灭喷流能量的再分布。与PP碰撞相反，发现大部分非对称射流的动量平衡由低动量粒子在与射流轴的大角度距离处进行。此外，破碎功能的领导和subleading喷气机进行重建，并被发现是未经修改的PP碰撞的测量相比。结果给出了热QCD介质中部分子传播的详细图像。
Heavy Ion Physics Program in CMS Experiment
我们提出的CMS实验的能力，探索欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）提供的重离子物理程序。本研究的主要目的是通过能量为sqrt（sNN）= 5.5TeV的原子核碰撞来检验在温度、密度和部分子动量分数等极端条件下的强相互作用（QCD）的基本理论。本报告将概述CMS在“软”和“硬”制度下进行一整套有代表性的Pb-Pb测量的潜力。测量包括“散装”观测-带电强子多重性，低pT包容性强子识别光谱和椭圆流-这提供了系统的集体性质的信息;以及微扰过程-如夸克，重夸克，喷气机，γ-喷流，和高pT强子-这产生“层析”的最热和致密阶段的反应的信息。
High-mass dimuon resonances in Pb-Pb collisions at 5.5 TeV in CMS
核-核碰撞中粲偶素（$J/ψ$，$ψ'$）和底偶素（$Υ$，$Υ'$，${Υ''}$）共振和$Z^0$玻色子的测量提供了高密度QCD物质的重要信息。在CERN-SPS和RHIC上观测到的$J/ψ$的异常抑制已经得到了很好的证实，但是一些重要问题的澄清需要对$Υ$家族进行等效的研究，而这只有在LHC能量下才有可能。$Z^0$玻色子将在LHC的重离子碰撞中首次产生，由于其主要产生通道是通过$q{\bar q}$聚变，因此它是夸克分布函数核修改的极好探针。本文报道了CMS探测器通过双μ子衰变通道研究5.5TeV铅-铅碰撞中夸克偶素和$Z^0$产生的能力。
Heavy Ions: Results from the Large Hadron Collider
2010年11月8日，欧洲核子研究中心的大型强子对撞机（LHC）首次以2.76 TeV/核子的质心能量碰撞了稳定的重离子束（Pb on Pb）。LHC在其一个月的重离子运行期间工作得非常好，提供了大约10微仓的数据，在运行结束时峰值亮度达到$L_{0} = 2 \times 10^{25}{\rm cm}^{-2}{\rm s}^{-1}$。三个实验，ALICE，ATLAS和CMS，记录了他们的第一个重离子数据，并在创纪录的时间内进行了分析。多重性、流动、涨落和玻色-爱因斯坦关联的结果表明，在LHC的核碰撞中形成的火球比低能量的火球更热，寿命更长，并且在冻结时膨胀到更大的尺寸。我们给出了一个概述，这些以及新的结果夸克和重味抑制，喷流能量损失。
Implications of Missing Resonances in Heavy Ions Collisions
从2004年到今天，粒子数据组在QCD谱中增加了许多新的共振。然而，仍然有可能存在更多的状态尚未被测量，正如格点量子色动力学计算和夸克模型所预测的那样。在这篇论文中，我回顾了这些缺失的状态将如何影响重离子碰撞的领域。此外，还讨论了表征这些缺失态的量子数。
Analyzing N-point Energy Correlators Inside Jets with CMS Open Data
该研究利用 CMS 开放数据首次在喷注内测量能量流算符的多点关联函数，为 QCD 喷注动力学、强子化转变及夸克胶子相互作用研究提供新途径。
High-energy heavy-ions physics: from RHIC to LHC
本文介绍了相对论重离子对撞机（RHIC）运行五年来高能核-核碰撞的部分实验结果。重点放在测量，提供高密度QCD物质的基本属性的直接信息。介绍了大型强子对撞机可以获得的新实验机会，特别是那些可能有助于澄清RHIC当前一些悬而未决的问题的机会。
This report was prepared on behalf of three Energy Frontier Topical Groups of the Snowmass 2021 Community Planning Exercise. It summarizes the status and implications of studies of strong interactions in high-energy experiments and QCD theory. We emphasize the rich landscape and broad impact of these studies in the decade ahead. Hadronic interactions play a central role in the high-luminosity Large Hadron Collider (LHC) physics program, and strong synergies exist between the (HL-)LHC and planned or proposed experiments at the U.S. Electron-Ion Collider, CERN forward physics experiments, high-i…
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