Studium produkce jetů v experimentu ALICE na urychlovači LHC

Transkript

1 Studium produkce jetů v experimentu ALICE na urychlovači LHC Vít Kučera, Vedoucí práce: RDr. Jana Bielčíková, Ph.D. Matematicko-fyzikální fakulta, Univerzita Karlova v Praze Ústav jaderné fyziky AV ČR, v.v.i. 4. září 0 Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR) Studium produkce jetů v ALICE 4. září 0 / 30

2 Osnova Srážky těžkých iontů Zkoumání jetů a jejich rekonstrukce Experiment ALICE Použité nástroje ke zkoumání jetů Analýza dat Výsledky analýzy Závěr Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR) Studium produkce jetů v ALICE 4. září 0 / 30

3 Srážky těžkých iontů horké, husté a silně interagující prostředí měření nasvědčují přítomnosti kvarkového-gluonového plazmatu (QGP) QGP: neprozkoumaný stav hmoty, přeovězený QCD QGP v raném vesmíru ( μs po velkém třesku), v neutronových hvězdách? Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR) Studium produkce jetů v ALICE 4. září 0 3 / 30

4 Zkoumání jetů vrdý proces + silná interakce partony s vysokou příčnou hybností p. Jet v QCD: partony následně vyzářené partonem při tvrdém rozptylu Jet v experimentu: kolimovaná sprška hadronů s vysokou p Interakce partonů s prostředím Vliv na vznik hadronů Změna vlastností jetů (p, tvar, energie, složení) d hard AA jaderný modifikační faktor R AA (p, η, b) = / coll (b) d pp hard/ Porovnáním pozorování s modely urči vlastnosti prostředí. Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR) Studium produkce jetů v ALICE 4. září 0 4 / 30

5 Dřívější výsledky na LHC první pozorování zhášení jetů na LHC ALAS. Phys. Rev. Lett. 5 (0) Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR) Studium produkce jetů v ALICE 4. září 0 5 / 30

6 Jetové algoritmy Hlavním parametrem jetového algoritmu je poloměr R v rovině η-φ. Jeho význam se v různých algoritmech liší. Dalším parametrem je minimální p drah p min. omezení pozadí měkkých částic, vliv na spektra jetů Kuželové algoritmy (UA, SISCone) sdružování částic uvnitř kuželu o poloměru R oprava osy kuželu váženým průměrováním směrů částic uvnitř iterativní hledání stabilního kuželu Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR) Studium produkce jetů v ALICE 4. září 0 6 / 30

7 Jetové algoritmy Sekvenční rekombinační algoritmy (k t, anti-k t, Cambridge/Aachen) obecné schéma: ( d ij = min p p i ) p ij, p j R, ij = (y i y j ) +(φ i φ j ) k t (vhodný k určení pozadí) p = 0 Cambridge/Aachen anti-k t (vhodný pro analýzu) M. Cacciari, G. P. Salam, G. Soyez. JHEP 0804 (008) 063. Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR) Studium produkce jetů v ALICE 4. září 0 7 / 30

8 A Large Ion Collider Experiment (ALICE) jeden ze čtyř hlavních experimentů na urychlovači LHC v CER určen ke zkoumání vlastností horké, husté a silně interagující hmoty (QGP) zaznamenání vysokého počtu částic ve srážce ( 3 4 ) identifikace částic Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR) Studium produkce jetů v ALICE 4. září 0 8 / 30

9 Experiment ALICE Měření drah nabitých částic Časově projekční komora (PC): η < 0.9, e + CO Vnitřní dráhový systém (IS): křemíkové detektory (pixely SPD, drift SDD, stripy SSD) Určení centrality z detektorů V0, určení polohy vrcholu srážky z SPD. účast na sledování SDD v rámci krátkého projektu Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR) Studium produkce jetů v ALICE 4. září 0 9 / 30

10 Centralita centralita srážkový parametr b počet binárních srážek nukleonů coll (Glauberův model) počet vzniklých nabitých částic signál v detektoru ALICE arxiv:.657v [nucl-ex] Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR) Studium produkce jetů v ALICE 4. září 0 / 30

11 ástroje analýzy ROO v50-03 AliRoot v5-0-a rozšíření ROO o knihovny pro ALICE, třídy pro analýzu FastJet.4. rekonstrukce jetů (SISCone, k t, anti-k t ), výpočet hustoty pozadí AliEn v-9-.9 prostředí pro zadávání jobů na GRID Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR) Studium produkce jetů v ALICE 4. září 0 / 30

12 Analýza Data: Analysis Object Data (AOD), Pb+Pb 0, s = Z Pb A Pb E beam =.76 ev, (E beam = 3.5 ev) Výběr srážek ( eventů ) interakční vrchol z < cm, r < cm centralita 0 80 % (spolehlivé odlišení od pozadí) Výběr drah: dráhy určené kombinací měření v PC a v IS dráhy se zásahem v alespoň jedné vrstvě SPD, refitované ostatní dráhy upraveny přidáním primárního vertexu 6 6 entries 0 entries Pb + Pb, 0, s =.76 ev Pb + Pb, 0, s =.76 ev η φ [rad] Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR) Studium produkce jetů v ALICE 4. září 0 / 30

13 Analýza Rekonstrukce jetů algorithm R p min [GeV/c] subtraction method UA ,, none, area SISCone ,, none, scalar k t 0., 0.3, ,, none, scalar, 4-vector k t 0., 0.5, none, scalar, 4-vector anti-k t 0., 0.3, ,, none, scalar, 4-vector Zvolené rozsahy centralitních binů bin number centrality range [%] Analýza pozadí algorithm R p min [GeV/c] k t ,, k t 0., 0., 0.3, 0.5, Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR) Studium produkce jetů v ALICE 4. září 0 3 / 30

14 Analýza Výpočet hustoty příčné hybnosti pozadí ρ { } pjet ρ = median vyjmutí dvou hlavních jetů Odečtení pozadí skalární metoda: A jet p bg = ρa jet, přeškálování hybnosti: p corr jet 4-vektorová metoda: = p corr jet p jet p jet p corr jet = p jet p bg P bg = ρa jet, P corr jet = P jet P bg Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR) Studium produkce jetů v ALICE 4. září 0 4 / 30

15 Závislost ρ na centralitě pro různé p min [GeV/c] ρ k t, R = 0.4, min p = 0.5 GeV/c 4 3 [GeV/c] ρ k t, R = 0.4, min p =.00 GeV/c 4 3 [GeV/c] ρ k t, R = 0.4, min p =.00 GeV/c centrality [%] centrality [%] centrality [%] nejvyšší ρ v nejvíce centrálních srážkách šířka rozdělení fluktuace nepřesnost omezení pozadí vyšším p min Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR) Studium produkce jetů v ALICE 4. září 0 5 / 30

16 Závislost ρ na R ρ = ρ ρ ref, ρ ref je k t, R = 0.4, p min = 0.5 GeV/c probability density - 0-% R = 0. R = 0. R = 0.3 R = 0.5 R = 0.6 probability density - 0% R = 0. R = 0. R = 0.3 R = 0.5 R = 0.6 probability density - 00% R = 0. R = 0. R = 0.3 R = 0.5 R = ρ [GeV/c] ρ [GeV/c] ρ [GeV/c] probability density - 400% R = 0. R = 0. R = 0.3 R = 0.5 R = 0.6 probability density % R = 0. R = 0. R = 0.3 R = 0.5 R = 0.6 použitelné rozmezí R = ρ [GeV/c] ρ [GeV/c] Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR) Studium produkce jetů v ALICE 4. září 0 6 / 30

17 Fluktuace pozadí, centralitní závislost odchylka celkové p částic uvnitř náhodně nasměrovaného kuželu (RC) vůči p pozadí δp = i p i ρa RC zákaz překryvu s určitým počtem nejtvrdších jetů příspěvek doδp > 0 probability density - k t, R = 0.4, pmin = 0.5 GeV/c, 0-% 0 jets bypassed jets bypassed jets bypassed probability density - k t, R = 0.4, min p = 0.5 GeV/c, 00% 0 jets bypassed jets bypassed jets bypassed probability density - k t, R = 0.4, min p = 0.5 GeV/c, 60-80% 0 jets bypassed jets bypassed jets bypassed δ δ δ největší fluktuace v nejvíce centrálních srážkách požadavek vyššího prahu p min výrazně omezuje fluktuace zvyšování parametru R zvyšuje příspěvek pozadí z měkkých částic Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR) Studium produkce jetů v ALICE 4. září 0 7 / 30

18 Srovnání jetových algoritmů Počet jetů na srážku (UA, SISCone, k t, anti-k t, otevřené symboly: před odečtením pozadí, uzavřené symboly: po odečtení) výrazně odlišné počty nalezených jetů vysoký počet jetů odstraněn při odečtení pozadí fraction of events % jets Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR) Studium produkce jetů v ALICE 4. září 0 8 / 30

19 Srovnání jetových algoritmů Spektra p jetů po odečtení (UA, SISCone, k t, anti-k t ) R = 0.4, p min = 0.5 GeV/c d - 0-% [GeV/c] p Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR) Studium produkce jetů v ALICE 4. září 0 9 / 30

20 Srovnání jetových algoritmů Spektra p jetů po odečtení (UA, SISCone, k t, anti-k t ) = 0.5 GeV/c: rozdílný tvar spekter p min d 0-% d 00% d 60-80% p min = GeV/c: podobná spektra pro všechny centrality d 0-% d 00% d 60-80% Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR) Studium produkce jetů v ALICE 4. září 0 0 / 30

21 min min min min min min Spektra před odečtením pozadí a po něm anti-k t, R = 0.4 (původní, skalár, 4-vektor, pozadí) = 0.5 GeV/c: pozadí řádově srovnatelné s původním spektrem p min anti-k t, R = 0.4, anti-k t, R = 0.4, anti-k t, R = 0.4, d - p = 0.5 GeV/c, 0-% B0 B B B0-B d - p = 0.5 GeV/c, 00% B0 B B B0-B d - p = 0.5 GeV/c, 60-80% B0 B B B0-B p min = GeV/c: výrazné omezení příspěvku pozadí anti-k t, R = 0.4, anti-k t, R = 0.4, anti-k t, R = 0.4, d - p =.00 GeV/c, 0-% B0 B B B0-B d - p =.00 GeV/c, 00% B0 B B B0-B d - p =.00 GeV/c, 60-80% B0 B B B0-B téměř identická spektra pro skalární a 4-vektorovou metodu odečtení Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR) Studium produkce jetů v ALICE 4. září 0 / 30

22 min min min min min min Závislost spekter na R pro anti-k t p min = 0.5 GeV/c: jakoby rozšíření jetů v nejvíce centrálních srážkách d anti-k t, p = 0.5 GeV/c, 0-% R = 0.4 R = 0. d anti-k t, p = 0.5 GeV/c, 00% R = 0.4 R = 0. d anti-k t, p = 0.5 GeV/c, 60-80% R = 0.4 R = 0. - R = R = R = p min = GeV/c: potlačení jevu při vyloučení měkčích částic d anti-k t, p =.00 GeV/c, 0-% R = 0.4 R = 0. d anti-k t, p =.00 GeV/c, 00% R = 0.4 R = 0. d anti-k t, p =.00 GeV/c, 60-80% R = 0.4 R = 0. - R = R = R = Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR) Studium produkce jetů v ALICE 4. září 0 / 30

23 R CP podíl spekter v centrálních srážkách (C) vůči spektru v nejvíce periferálních srážkách (P) R CP (p, η, b C, b P ) def = coll(b P ) d (p, η, b C ) / coll (b C ) d (p, η, b P ) / Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR) Studium produkce jetů v ALICE 4. září 0 3 / 30

24 R CP neopravené výsledky, srovnání s výsledky z Hard Probes 0 (M. Verweij) R CP anti-k t, R = 0., min p = 0.5 GeV/cc 0-%/60-80% R CP anti-k t, R = 0.3, min p = 0.5 GeV/cc 0-%/60-80% 0%/60-80% 00%/60-80% 400%/60-80% 0%/60-80% 00%/60-80% 400%/60-80% Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR) Studium produkce jetů v ALICE 4. září 0 4 / 30

25 Závěr rekonstrukce jetů z drah nabitých částic ve srážkách Pb + Pb pomocí kuželových a sekvenčních rekombinačních algoritmů porovnání výstupů algoritmů výpočet hustoty pozadí zkoumání vlastností vypočteného pozadí a jeho fluktuací odečtení příspěvku pozadí v p jetů zkoumání vlastností spekter rekonstruovaných jetů určení neopravených hodnot R CP Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR) Studium produkce jetů v ALICE 4. září 0 5 / 30

26 Děkuji za pozornost. Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR) Studium produkce jetů v ALICE 4. září 0 6 / 30

27 Záloha Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR) Studium produkce jetů v ALICE 4. září 0 7 / 30

28 Fluktuace pozadí, závislost na p min požadavek vyššího prahu p min výrazně omezuje fluktuace k t, R = 0.4, k t, R = 0.4, k t, R = 0.4, probability density - min p = 0.5 GeV/c, 0-% 0 jets bypassed jets bypassed jets bypassed probability density - min p =.00 GeV/c, 0-% 0 jets bypassed jets bypassed jets bypassed probability density - min p =.00 GeV/c, 0-% 0 jets bypassed jets bypassed jets bypassed δ δ δ Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR) Studium produkce jetů v ALICE 4. září 0 8 / 30

29 Fluktuace pozadí, závislost na R zvyšování parametru R zvyšuje příspěvek pozadí z měkkých částic k t, R = 0., k t, R = 0.3, k t, R = 0.4, probability density - min p = 0.5 GeV/c, 0-% 0 jets bypassed jets bypassed jets bypassed probability density - min p = 0.5 GeV/c, 0-% 0 jets bypassed jets bypassed jets bypassed probability density - min p = 0.5 GeV/c, 0-% 0 jets bypassed jets bypassed jets bypassed δ δ δ Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR) Studium produkce jetů v ALICE 4. září 0 9 / 30

30 Srovnání jetových algoritmů Počet jetů na srážku (R = 0.4, různé p min, UA, SISCone, k t, anti-k t ) p min = 0.5 GeV/c p min = GeV/c p min = GeV/c fraction of events % fraction of events % fraction of events % jets jets jets Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR) Studium produkce jetů v ALICE 4. září 0 30 / 30