Studium D0 mesonu v experimentu STAR

Transkript

1 Studium D0 mesonu v experimentu STAR ÚJF AV ČR 1/12

2 Motivace RHIC: srážky jader Au+Au při těžišťové energii 200 GeV, vzniká horké a husté QCD médium se známkami partonové kolektivity fáze srážky těžkých iontů: 1. počáteční rozptyl partonů, tvrdé procesy 2. reinterakce partonů, kolektivní jevy, expanze 3. hadronizace, freeze-out (chemický a termální) studujeme energetické ztráty partonů při průchodu médiem: způsobeny převážně radiací (gluon bremsstrahlung) potlačení produkce hadronů s vysokým p v centrální Au+Au T srážce vzhledem k p+p: jaderný modifikační faktor R ~ 0.2 pro pt= 5-15 GeV/c ( lehké AA hadrony ) absence druhého ( away-side ) jetu pro těžké kvarky (b,c) teorie předpovídá menší ztráty než pro lehké kvarky: dead cone effect 2/12

3 eliptický tok částic studium dynamiky média Particle with momentum p b E f počáteční anizotropie v necentrální srážce a kolektivní expanze vedou k asymetrii v produkci částic dn 1 dn = 1 2v2 pt cos 2 f f reaction plane 3 d p 2p pt dpt dh [ ] v2 roste s pt a dosahuje maxima ~0.2 pro pt > ~3 GeV/c ( lehké hadrony) to znamená ~ 2-1 asymetrii v produkci částic vzhledem k reakční rovině (v2 = 0.5 (Nin-Nout)/(Nin+Nout) pokud těžké kvarky tečou, je médium termalizované (pro kolektivitu potřebují velký počet kolizí) 3/12

4 Měření B a D hadronů v současné době nemá STAR dedikovaný detektor pro registraci sekundárních vrcholů (rozpadů B a D hadronů) tyto rozpady jsou ale zdrojem (nefotonických) el. a poz. větvící poměry pro rozpady na e+ + X: D+ 17%, D0 7%, B+ 11%, B0 10%, ΛC 5% problematická interpretace: nelze rozlišit mezi příspěvky z rozpadů c a b, rozpadová kinematika částečně rozmývá signál měřené RAA nefotonických elektronů při vysokých pt odpovídá RAA lehkých hadronů, v rozporu s teoretickým očekáváním existují nové teoretické modely, experimentálně bude potřeba oddělit jednotlivé zdroje nefotonických elektronů závěr: je potřeba topologické rekonstrukce B a D hadronů a to již od malých pt (v2) tedy velmi dobré rozlišení navrhujeme postavit detektor Heavy Flavor Tracker (HFT) 4/12

5 STAR a HFT 5/12

6 Křemíkové detektory SSD a HFT 6/12

7 Heavy Flavor Tracker (HFT) v současné době ve vývoji, plán pro integraci do experimentu STAR: technologie: -stripové křemíkové moduly (IST1-inner, IST2-outer) -aktivní pixelové sensory (APS) PIXEL1 (vnitřní), PIXEL2 (vnější) PIXEL detektor: -pixely 30 x 30 μm -CMOS technologie radiačně odolná -50 μm tlustý pro minimalizaci vícenásobného coulombického rozptylu -první vrstva včetně nové svazkové trubice pouze 0.28% X0 -vývoj: LBNL (Berkeley), IPHC (Strasbourg) -vysoká efektivita při malém šumu 7/12

8 Simulace pro HFT Monte Carlo generátor HIJING: centrálních Au+Au srážek (pozadí), do každé vloženo 10 D0 mesonů s rovnoměrným pt spektrem aplikován STAR simulační (GEANT) a rekonstrukční software v této fázi používáme rychlý simulátor: hity s GEANTu jsou gaussovsky rozmyty dle rozlišení příslušné vrstvy detektoru D0 ---> K-π+ (3.8%), cτ = 123 μm, m = 1.86 GeV/c2 pro další používám dráhy rekonstruované v komoře TPC (hlavní dráhový detektor), které mají hit v obou vrstvách PIXEL detektoru ty jsou kruciální pro dobré rozlišení polohy sekundárního vrcholu subdetektor IST bude využit hlavně při velké luminositě, kdy bude docházet k pile-upu v PIXEL detektoru (integrační doba 200 μs), pro rekonstrukci D0 mesonu v centrální Au+Au srážce při malé luminositě není nezbytný 8/12

9 separace primárního a sekundárního vrcholu toto umožňuje provést topologické selekce, nutné pro separaci signálu od pozadí v prostředí s dn/dη = 700 9/12

10 efektivita rekonstrukce D0 mesonu 10/12

11 RAA a v2 věrohodné pt spektrum: ~pt-11, <pt> = 1 GeV/c pro v2 extrapolujeme signál i pozadí pro 100 M minimum-bias případů, což odpovídá několika týdnům nabírání dat kromě velmi malých pt jsme schopni měřit v2 s vysokou přesností simulace p+p právě probíhají, předběžně chyba RAA pro pt = 10 GeV/c je menší než 10% pro 100 M centrálních Au+Au a 1 pb-1 p+p 11/12

12 Aktuální stav projektu HFT publikace A Heavy Flavor Tracker for STAR : 10 institucí, 56 autorů (z toho 4 z ÚJF) dokončení: červen 2007 schválení v kolaboraci STAR + poslední úpravy: srpen 2007 nyní čekáme na posouzení od U.S. Department of Energy (listopad 2007) v červnu 2007 byl testován druhý prototyp pixelového detektoru (tři čipy 4x4 mm v teleskopovém uspořádání) přímo v experimentu STAR za běhu (Au+Au 200 GeV) současné priority pro simulace: pile-up v PIXEL detektoru (neočekáváme velký vliv) rekonstrukce Λ C optimalizace selekčních kritérií pro malé pt D0 mesonu 12/12

13 Backup 13/12

14 jednočásticové efektivity Akceptance a efektivita TPC: 85% nižší pro malé pt rozpady kaonu a velké ionizace pro malé pt malá neefektivita PIXEL detektoru, softwarový charakter 14/12

15 Selekční kritéria (cuty) a jejich nutnost TPC hits: > PIXEL hits: 2 D0 η : < DCAPV: > DCAπK: < cos(θ): > Δm: < μm 50 μm MeV/c2 15/12

16 Statistická významnost signálu (# sigma) nad 5 GeV/c není v HIJING simulaci žádné pozadí, které projde cuty... 16/12

17 detaily o detektorech SSD a HFT vrstva poloměr (cm) PIXEL1 PIXEL2 IST1 IST2a IST2b SSD délka (cm) r-phi (mikrony) z (mikrony) rozteč rozlišení rozteč rozlišení sqrt(12)=3.46 SSD je oboustranný detektor stripy jsou překříženy pod úhlem 35 mrad schopen rozlišit (na základě měření ionizace) více hitů v jednom modulu SSD: 492 K kanálů IST: 692 K kanálů PIXEL: 135 M kanálů APS 17/12

18 Pointing resolutions + hit densities graded pointing resolution: for 750 MeV/c kaon, TPC pointing to SSD: 1 mm ---> PIXEL1 to vertex: 40 μm without silicon: TPC pointing to vertex: 1.5 mm good for K0, lambda, Xi,... hit densities central +pile-up -2 (cm ) Au+Au (PIXEL) PIXEL PIXEL IST IST SSD probability of bad hit association: PIXEL: P(bad) = 1%, could rise to 3% in high luminosity environment x: r-phi, y: z for IST2a, σxd (detector resolution) and σyp (pointing) very big, therefore P(bad) ~ 20%, has to be corrected for by tracking software fortunately, there will be no pile-up in strip detectors (they are fast) 18/12