From QCD-based hard-scattering to nonextensive statistical mechanical descriptions of transverse momentum spectra in high-energy pp and p(p)over-bar collisions

被引：114

作者：

Wong, Cheuk-Yin ^{[1
]}

Wilk, Grzegorz ^{[2
]}

Cirto, Leonardo J. L. ^{[3
,4
]}

Tsallis, Constantino ^{[3
,4
,5
]}

机构：

[1] Oak Ridge Natl Lab, Div Phys, Oak Ridge, TN 37831 USA

[2] Natl Ctr Nucl Res, PL-00681 Warsaw, Poland

[3] Ctr Brasileiro Pesquisas Fis, BR-22290180 Rio De Janeiro, RJ, Brazil

[4] Natl Inst Sci & Technol Complex Syst, BR-22290180 Rio De Janeiro, RJ, Brazil

[5] Santa Fe Inst, Santa Fe, NM 87501 USA

来源：

PHYSICAL REVIEW D | 2015年 / 91卷 / 11期

关键词：

PROTON-PROTON COLLISIONS; PARTICLE-PRODUCTION; CROSS-SECTION; TSALLIS DISTRIBUTION; CHARGED-PARTICLES; EIKONAL DIAGRAMS; JET-PRODUCTION; DISTRIBUTIONS; MODEL; THERMODYNAMICS;

D O I：

10.1103/PhysRevD.91.114027

中图分类号：

P1 [天文学];

学科分类号：

0704 ;

摘要：

Transverse spectra of both jets and hadrons obtained in high-energy pp and p (p) over bar collisions at central rapidity exhibit power-law behavior of 1/p(T)(n) at high p(T). The power index n is 4-5 for jet production and is 6-10 for hadron production. Furthermore, the hadron spectra spanning over 14 orders of magnitude down to the lowest pT region in pp collisions at the LHC can be adequately described by a single nonextensive statistical mechanical distribution that is widely used in other branches of science. This suggests indirectly the possible dominance of the hard-scattering process over essentially the whole pT region at central rapidity in high-energy pp and p (p) over bar collisions. We show here direct evidences of such a dominance of the hard-scattering process by investigating the power indices of UA1 and ATLAS jet spectra over an extended pT region and the two-particle correlation data of the STAR and PHENIX collaborations in high-energy pp and p (p) over bar collisions at central rapidity. We then study how the showering of the hard-scattering product partons alters the power index of the hadron spectra and leads to a hadron distribution that may be cast into a single-particle nonextensive statistical mechanical distribution. Because of such a connection, the nonextensive statistical mechanical distribution may be considered as a lowest-order approximation of the hard-scattering of partons followed by the subsequent process of parton showering that turns the jets into hadrons, in high-energy pp and p (p) over bar collisions.

引用

页数：16

共 137 条

[1] Properties of jets measured from tracks in proton-proton collisions at center-of-mass energy √s=7 TeV with the ATLAS detector [J].

Aad, G. ;

Abbott, B. ;

Abdallah, J. ;

Abdelalim, A. A. ;

Abdesselam, A. ;

Abdinov, O. ;

Abi, B. ;

Abolins, M. ;

Abramowicz, H. ;

Abreu, H. ;

Acerbi, E. ;

Acharya, B. S. ;

Adams, D. L. ;

Addy, T. N. ;

Adelman, J. ;

Aderholz, M. ;

Adomeit, S. ;

Adragna, P. ;

Adye, T. ;

Aefsky, S. ;

Aguilar-Saavedra, J. A. ;

Aharrouche, M. ;

Ahlen, S. P. ;

Ahles, F. ;

Ahmad, A. ;

Ahsan, M. ;

Aielli, G. ;

Akdogan, T. ;

Akesson, T. P. A. ;

Akimoto, G. ;

Akimov, A. V. ;

Akiyama, A. ;

Alam, M. S. ;

Alam, M. A. ;

Albert, J. ;

Albrand, S. ;

Aleksa, M. ;

Aleksandrov, I. N. ;

Alessandria, F. ;

Alexa, C. ;

Alexander, G. ;

Alexandre, G. ;

Alexopoulos, T. ;

Alhroob, M. ;

Aliev, M. ;

Alimonti, G. ;

Alison, J. ;

Aliyev, M. ;

Allport, P. P. ;

Allwood-Spiers, S. E. .

PHYSICAL REVIEW D, 2011, 84 (05)

[2] Charged-particle multiplicities in pp interactions measured with the ATLAS detector at the LHC [J].

Aad, G. ;

Abbott, B. ;

Abdallah, J. ;

Abdelalim, A. A. ;

Abdesselam, A. ;

Abdinov, O. ;

Abi, B. ;

Abolins, M. ;

Abramowicz, H. ;

Abreu, H. ;

Acerbi, E. ;

Acharya, B. S. ;

Ackers, M. ;

Adams, D. L. ;

Addy, T. N. ;

Adelman, J. ;

Aderholz, M. ;

Adomeit, S. ;

Adragna, P. ;

Adye, T. ;

Aefsky, S. ;

Aguilar-Saavedra, J. A. ;

Aharrouche, M. ;

Ahlen, S. P. ;

Ahles, F. ;

Ahmad, A. ;

Ahsan, M. ;

Aielli, G. ;

Akdogan, T. ;

Akesson, T. P. A. ;

Akimoto, G. ;

Akimov, A. V. ;

Alam, M. S. ;

Alam, M. A. ;

Albrand, S. ;

Aleksa, M. ;

Aleksandrov, I. N. ;

Aleppo, M. ;

Alessandria, F. ;

Alexa, C. ;

Alexander, G. ;

Alexandre, G. ;

Alexopoulos, T. ;

Alhroob, M. ;

Aliev, M. ;

Alimonti, G. ;

Alison, J. ;

Aliyev, M. ;

Allport, P. P. ;

Allwood-Spiers, S. E. .

NEW JOURNAL OF PHYSICS, 2011, 13

[3] Transverse momentum spectra of charged particles in proton-proton collisions at √s=900 GeV with ALICE at the LHC [J].

Aamodt, K. ;

Abel, N. ;

Abeysekara, U. ;

Abrahantes Quintana, A. ;

Abramyan, A. ;

Adamova, D. ;

Aggarwal, M. M. ;

Rinella, G. Aglieri ;

Agocs, A. G. ;

Aguilar Salazar, S. ;

Ahammed, Z. ;

Ahmad, A. ;

Ahmad, N. ;

Ahn, S. U. ;

Akimoto, R. ;

Akindinov, A. ;

Aleksandrov, D. ;

Alessandro, B. ;

Alfaro Molina, R. ;

Alici, A. ;

Almaraz Avina, E. ;

Alme, J. ;

Alt, T. ;

Altini, V. ;

Altinpinar, S. ;

Andrei, C. ;

Andronic, A. ;

Anelli, G. ;

Angelov, V. ;

Anson, C. ;

Anticic, T. ;

Antinori, F. ;

Antinori, S. ;

Antipin, K. ;

Antonczyk, D. ;

Antonioli, P. ;

Anzo, A. ;

Aphecetche, L. ;

Appelshaeuser, H. ;

Arcelli, S. ;

Arceo, R. ;

Arend, A. ;

Armesto, N. ;

Arnaldi, R. ;

Aronsson, T. ;

Arsene, I. C. ;

Asryan, A. ;

Augustinus, A. ;

Averbeck, R. ;

Awes, T. C. .

PHYSICS LETTERS B, 2010, 693 (02) :53-68

[4] High-pT jets in p(p)over-bar collisions at √s=630 and 1800 GeV -: art. no. 032003 [J].

Abbott, B ;

Abdesselam, A ;

Abolins, M ;

Abramov, V ;

Acharya, BS ;

Adams, DL ;

Adams, M ;

Alves, GA ;

Amos, N ;

Anderson, EW ;

Astur, R ;

Baarmand, MM ;

Babintsev, VV ;

Babukhadia, L ;

Bacon, TC ;

Baden, A ;

Baldin, B ;

Balm, PW ;

Banerjee, S ;

Barberis, E ;

Baringer, P ;

Bartlett, JF ;

Bassler, U ;

Bauer, D ;

Bean, A ;

Begel, M ;

Belyaev, A ;

Beri, SB ;

Bernardi, G ;

Bertram, I ;

Besson, A ;

Beuselinck, R ;

Bezzubov, VA ;

Bhat, PC ;

Bhatnagar, V ;

Bhattacharjee, M ;

Blazey, G ;

Blessing, S ;

Boehnlein, A ;

Bojko, NI ;

Borcherding, F ;

Brandt, A ;

Breedon, R ;

Briskin, G ;

Brock, R ;

Brooijmans, G ;

Bross, A ;

Buchholz, D ;

Buehler, M ;

Buescher, V .

PHYSICAL REVIEW D, 2001, 64 (03)

[5] Energy dependence of the transverse momentum distributions of charged particles in pp collisions measured by ALICE [J].

Abelev, B. ;

Adam, J. ;

Adamova, D. ;

Adare, A. M. ;

Aggarwal, M. M. ;

Rinella, G. Aglieri ;

Agnello, M. ;

Agocs, A. G. ;

Agostinelli, A. ;

Ahammed, Z. ;

Masoodi, A. Ahmad ;

Ahmed, I. ;

Ahn, S. A. ;

Ahn, S. U. ;

Aimo, I. ;

Aiola, S. ;

Ajaz, M. ;

Akindinov, A. ;

Aleksandrov, D. ;

Alessandro, B. ;

Alexandre, D. ;

Alici, A. ;

Alkin, A. ;

Alme, J. ;

Alt, T. ;

Altini, V. ;

Altinpinar, S. ;

Altsybeev, I. ;

Prado, C. Alves Garcia ;

Andrei, C. ;

Andronic, A. ;

Anguelov, V. ;

Anielski, J. ;

Anticic, T. ;

Antinori, F. ;

Antonioli, P. ;

Aphecetche, L. ;

Appelshauser, H. ;

Arbor, N. ;

Arcelli, S. ;

Armesto, N. ;

Arnaldi, R. ;

Aronsson, T. ;

Arsene, I. C. ;

Arslandok, M. ;

Augustinus, A. ;

Averbeck, R. ;

Awes, T. C. ;

Aysto, J. ;

Azmi, M. D. .

EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL C, 2013, 73 (12) :1-12

[6] Measurement of the inclusive differential jet cross section in pp collisions at √s=2.76 TeV [J].

Abelev, B. ;

Adam, J. ;

Adamova, D. ;

Adare, A. M. ;

Aggarwal, M. M. ;

Rinella, G. Aglieri ;

Agnello, M. ;

Agocs, A. G. ;

Agostinelli, A. ;

Ahammed, Z. ;

Ahmad, N. ;

Masoodi, A. Ahmad ;

Ahn, S. A. ;

Ahn, S. U. ;

Ajaz, M. ;

Akindinov, A. ;

Aleksandrov, D. ;

Alessandro, B. ;

Molina, R. Alfaro ;

Alici, A. ;

Alkin, A. ;

Almaraz Avina, E. ;

Alme, J. ;

Alt, T. ;

Altini, V. ;

Altinpinar, S. ;

Altsybeev, I. ;

Andrei, C. ;

Andronic, A. ;

Anguelov, V. ;

Anielski, J. ;

Anson, C. ;

Anticic, T. ;

Antinori, F. ;

Antonioli, P. ;

Aphecetche, L. ;

Appelshaeuser, H. ;

Arbor, N. ;

Arcelli, S. ;

Arend, A. ;

Armesto, N. ;

Arnaldi, R. ;

Aronsson, T. ;

Arsene, I. C. ;

Arslandok, M. ;

Asryan, A. ;

Augustinus, A. ;

Averbeck, R. ;

Awes, T. C. ;

Aysto, J. .

PHYSICS LETTERS B, 2013, 722 (4-5) :262-272

[7] Centrality dependence of charged particle production at large transverse momentum in Pb-Pb collisions at √sNN=2.76 TeV [J].

Abelev, B. ;

Adam, J. ;

Adamova, D. ;

Adare, A. M. ;

Aggarwal, M. M. ;

Rinella, G. Aglieri ;

Agocs, A. G. ;

Agostinelli, A. ;

Aguilar Salazar, S. ;

Ahammed, Z. ;

Ahmad, N. ;

Masoodi, A. Ahmad ;

Ahn, S. A. ;

Ahn, S. U. ;

Akindinov, A. ;

Aleksandrov, D. ;

Alessandro, B. ;

Molina, R. Alfaro ;

Alici, A. ;

Alkin, A. ;

Almaraz Avina, E. ;

Alme, J. ;

Alt, T. ;

Altini, V. ;

Altinpinar, S. ;

Altsybeev, I. ;

Andrei, C. ;

Andronic, A. ;

Anguelov, V. ;

Anielski, J. ;

Anson, C. ;

Anticic, T. ;

Antinori, F. ;

Antonioli, P. ;

Aphecetche, L. ;

Appelshaeuser, H. ;

Arbor, N. ;

Arcelli, S. ;

Arend, A. ;

Armesto, N. ;

Arnaldi, R. ;

Aronsson, T. ;

Arsene, I. C. ;

Arslandok, M. ;

Asryan, A. ;

Augustinus, A. ;

Averbeck, R. ;

Awes, T. C. ;

Aysto, J. ;

Azmi, M. D. .

PHYSICS LETTERS B, 2013, 720 (1-3) :52-62

[8] Minijet transverse spectrum in high-energy hadron-nucleus collisions [J].

Accardi, A ;

Treleani, D .

PHYSICAL REVIEW D, 2001, 64 (11)

[9] Minijet deformation and charge-independent angular correlations on momentum subspace (η, φ) in Au-Au collisions at √SNN=130 GeV [J].

Adams, J. ;

Aggarwal, M. M. ;

Ahammed, Z. ;

Amonett, J. ;

Anderson, B. D. ;

Anderson, M. ;

Arkhipkin, D. ;

Averichev, G. S. ;

Bai, Y. ;

Balewski, J. ;

Barannikova, O. ;

Barnby, L. S. ;

Baudot, J. ;

Bekele, S. ;

Belaga, V. V. ;

Bellingeri-Laurikainen, A. ;

Bellwied, R. ;

Bezverkhny, B. I. ;

Bharadwaj, S. ;

Bhasin, A. ;

Bhati, A. K. ;

Bichsel, H. ;

Bielcik, J. ;

Bielcikova, J. ;

Bland, L. C. ;

Blyth, C. O. ;

Blyth, S. -L. ;

Bonner, B. E. ;

Botje, M. ;

Bouchet, J. ;

Brandin, A. V. ;

Bravar, A. ;

Bystersky, M. ;

Cadman, R. V. ;

Cai, X. Z. ;

Caines, H. ;

Sanchez, M. Calderon de la Barca ;

Castillo, J. ;

Catu, O. ;

Cebra, D. ;

Chajecki, Z. ;

Chaloupka, P. ;

Chattopadhyay, S. ;

Chen, H. F. ;

Chen, J. H. ;

Chen, Y. ;

Cheng, J. ;

Cherney, M. ;

Chikanian, A. ;

Choi, H. A. .

PHYSICAL REVIEW C, 2006, 73 (06)

[10] Multiplicity dependence of inclusive pt spectra from p-p collisions at √s=200 GeV [J].

Adams, J. ;

Aggarwal, M. M. ;

Ahammed, Z. ;

Amonett, J. ;

Anderson, B. D. ;

Anderson, M. ;

Arkhipkin, D. ;

Averichev, G. S. ;

Bai, Y. ;

Balewski, J. ;

Barannikova, O. ;

Barnby, L. S. ;

Baudot, J. ;

Bekele, S. ;

Belaga, V. V. ;

Bellingeri-Laurikainen, A. ;

Bellwied, R. ;

Benedosso, F. ;

Bezverkhny, B. I. ;

Bhardwaj, S. ;

Bhasin, A. ;

Bhati, A. K. ;

Bichsel, H. ;

Bielcik, J. ;

Bielcikova, J. ;

Bland, L. C. ;

Blyth, C. O. ;

Blyth, S-L. ;

Bonner, B. E. ;

Botje, M. ;

Bouchet, J. ;

Brandin, A. V. ;

Bravar, A. ;

Bystersky, M. ;

Cadman, R. V. ;

Cai, X. Z. ;

Caines, H. ;

de la Barca Sanchez, M. Calderon ;

Castillo, J. ;

Catu, O. ;

Cebra, D. ;

Chajecki, Z. ;

Chaloupka, P. ;

Chattopadhyay, S. ;

Chen, H. F. ;

Chen, J. H. ;

Chen, Y. ;

Cheng, J. ;

Cherney, M. ;

Chikanian, A. .

PHYSICAL REVIEW D, 2006, 74 (03)

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共 137 条

[1] Properties of jets measured from tracks in proton-proton collisions at center-of-mass energy √s=7 TeV with the ATLAS detector [J].

Aad, G. ;

Abbott, B. ;

Abdallah, J. ;

Abdelalim, A. A. ;

Abdesselam, A. ;

Abdinov, O. ;

Abi, B. ;

Abolins, M. ;

Abramowicz, H. ;

Abreu, H. ;

Acerbi, E. ;

Acharya, B. S. ;

Adams, D. L. ;

Addy, T. N. ;

Adelman, J. ;

Aderholz, M. ;

Adomeit, S. ;

Adragna, P. ;

Adye, T. ;

Aefsky, S. ;

Aguilar-Saavedra, J. A. ;

Aharrouche, M. ;

Ahlen, S. P. ;

Ahles, F. ;

Ahmad, A. ;

Ahsan, M. ;

Aielli, G. ;

Akdogan, T. ;

Akesson, T. P. A. ;

Akimoto, G. ;

Akimov, A. V. ;

Akiyama, A. ;

Alam, M. S. ;

Alam, M. A. ;

Albert, J. ;

Albrand, S. ;

Aleksa, M. ;

Aleksandrov, I. N. ;

Alessandria, F. ;

Alexa, C. ;

Alexander, G. ;

Alexandre, G. ;

Alexopoulos, T. ;

Alhroob, M. ;

Aliev, M. ;

Alimonti, G. ;

Alison, J. ;

Aliyev, M. ;

Allport, P. P. ;

Allwood-Spiers, S. E. .

PHYSICAL REVIEW D, 2011, 84 (05)

[2] Charged-particle multiplicities in pp interactions measured with the ATLAS detector at the LHC [J].

Aad, G. ;

Abbott, B. ;

Abdallah, J. ;

Abdelalim, A. A. ;

Abdesselam, A. ;

Abdinov, O. ;

Abi, B. ;

Abolins, M. ;

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Aderholz, M. ;

Adomeit, S. ;

Adragna, P. ;

Adye, T. ;

Aefsky, S. ;

Aguilar-Saavedra, J. A. ;

Aharrouche, M. ;

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Ahsan, M. ;

Aielli, G. ;

Akdogan, T. ;

Akesson, T. P. A. ;

Akimoto, G. ;

Akimov, A. V. ;

Alam, M. S. ;

Alam, M. A. ;

Albrand, S. ;

Aleksa, M. ;

Aleksandrov, I. N. ;

Aleppo, M. ;

Alessandria, F. ;

Alexa, C. ;

Alexander, G. ;

Alexandre, G. ;

Alexopoulos, T. ;

Alhroob, M. ;

Aliev, M. ;

Alimonti, G. ;

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Aliyev, M. ;

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NEW JOURNAL OF PHYSICS, 2011, 13

[3] Transverse momentum spectra of charged particles in proton-proton collisions at √s=900 GeV with ALICE at the LHC [J].

Aamodt, K. ;

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Abeysekara, U. ;

Abrahantes Quintana, A. ;

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Adamova, D. ;

Aggarwal, M. M. ;

Rinella, G. Aglieri ;

Agocs, A. G. ;

Aguilar Salazar, S. ;

Ahammed, Z. ;

Ahmad, A. ;

Ahmad, N. ;

Ahn, S. U. ;

Akimoto, R. ;

Akindinov, A. ;

Aleksandrov, D. ;

Alessandro, B. ;

Alfaro Molina, R. ;

Alici, A. ;

Almaraz Avina, E. ;

Alme, J. ;

Alt, T. ;

Altini, V. ;

Altinpinar, S. ;

Andrei, C. ;

Andronic, A. ;

Anelli, G. ;

Angelov, V. ;

Anson, C. ;

Anticic, T. ;

Antinori, F. ;

Antinori, S. ;

Antipin, K. ;

Antonczyk, D. ;

Antonioli, P. ;

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Arceo, R. ;

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Arsene, I. C. ;

Asryan, A. ;

Augustinus, A. ;

Averbeck, R. ;

Awes, T. C. .

PHYSICS LETTERS B, 2010, 693 (02) :53-68

[4] High-pT jets in p(p)over-bar collisions at √s=630 and 1800 GeV -: art. no. 032003 [J].

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Babintsev, VV ;

Babukhadia, L ;

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Baldin, B ;

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Barberis, E ;

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Belyaev, A ;

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Bernardi, G ;

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Beuselinck, R ;

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Bhatnagar, V ;

Bhattacharjee, M ;

Blazey, G ;

Blessing, S ;

Boehnlein, A ;

Bojko, NI ;

Borcherding, F ;

Brandt, A ;

Breedon, R ;

Briskin, G ;

Brock, R ;

Brooijmans, G ;

Bross, A ;

Buchholz, D ;

Buehler, M ;

Buescher, V .

PHYSICAL REVIEW D, 2001, 64 (03)

[5] Energy dependence of the transverse momentum distributions of charged particles in pp collisions measured by ALICE [J].

Abelev, B. ;

Adam, J. ;

Adamova, D. ;

Adare, A. M. ;

Aggarwal, M. M. ;

Rinella, G. Aglieri ;

Agnello, M. ;

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Anticic, T. ;

Antinori, F. ;

Antonioli, P. ;

Aphecetche, L. ;

Appelshauser, H. ;

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Arcelli, S. ;

Armesto, N. ;

Arnaldi, R. ;

Aronsson, T. ;

Arsene, I. C. ;

Arslandok, M. ;

Augustinus, A. ;

Averbeck, R. ;

Awes, T. C. ;

Aysto, J. ;

Azmi, M. D. .

EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL C, 2013, 73 (12) :1-12

[6] Measurement of the inclusive differential jet cross section in pp collisions at √s=2.76 TeV [J].

Abelev, B. ;

Adam, J. ;

Adamova, D. ;

Adare, A. M. ;

Aggarwal, M. M. ;

Rinella, G. Aglieri ;

Agnello, M. ;

Agocs, A. G. ;

Agostinelli, A. ;

Ahammed, Z. ;

Ahmad, N. ;

Masoodi, A. Ahmad ;

Ahn, S. A. ;

Ahn, S. U. ;

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Akindinov, A. ;

Aleksandrov, D. ;

Alessandro, B. ;

Molina, R. Alfaro ;

Alici, A. ;

Alkin, A. ;

Almaraz Avina, E. ;

Alme, J. ;

Alt, T. ;

Altini, V. ;

Altinpinar, S. ;

Altsybeev, I. ;

Andrei, C. ;

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Anielski, J. ;

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Anticic, T. ;

Antinori, F. ;

Antonioli, P. ;

Aphecetche, L. ;

Appelshaeuser, H. ;

Arbor, N. ;

Arcelli, S. ;

Arend, A. ;

Armesto, N. ;

Arnaldi, R. ;

Aronsson, T. ;

Arsene, I. C. ;

Arslandok, M. ;

Asryan, A. ;

Augustinus, A. ;

Averbeck, R. ;

Awes, T. C. ;

Aysto, J. .

PHYSICS LETTERS B, 2013, 722 (4-5) :262-272

[7] Centrality dependence of charged particle production at large transverse momentum in Pb-Pb collisions at √sNN=2.76 TeV [J].

Abelev, B. ;

Adam, J. ;

Adamova, D. ;

Adare, A. M. ;

Aggarwal, M. M. ;

Rinella, G. Aglieri ;

Agocs, A. G. ;

Agostinelli, A. ;

Aguilar Salazar, S. ;

Ahammed, Z. ;

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Masoodi, A. Ahmad ;

Ahn, S. A. ;

Ahn, S. U. ;

Akindinov, A. ;

Aleksandrov, D. ;

Alessandro, B. ;

Molina, R. Alfaro ;

Alici, A. ;

Alkin, A. ;

Almaraz Avina, E. ;

Alme, J. ;

Alt, T. ;

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