Jety ve sr ážkách těžkých iontů na detektoru ATLAS

1. Jety vesrážkách těžkých iontů na detektoru ATLAS Martin SpoustaHI jet ATLAS working group: Jiří Dolejší, Brian Cole, Nathan Grau, Wolf Holzmann, Aaron Angerami

2. hadrons hadrons hadrons hadrons Základní schéma pp AA Cronin effect In medium modified FF Shadowing, EMC effect

3. Modifikované FF, jeden příklad Médiem modifikované FF: délka dráhy v médiu transportní koeficient prům. ztráta energie spektrum vyzařovaných gluonů

4. Medium Různé přístupy vedoucí k FF (dráhový integrál, přiblížení QFT při konečné teplotě, higher-twist přiblížení, …)různé scénáře pro jet quenching x hlavní rysy obdobné: • potlačení hadronů s vysokým z = p(hadron) /p(jet) • rozšíření spršky • nárůst celkové multiplicity částic ve jetu • potlačení 3-jetové topologie • energetické ztráty v závislosti na mq Co lze zkoumat • vlastnosti media v rané fázi (hustota, teplota, počet stupňů volnosti, opacita/viskozita …) • mechanismus ztráty energie, způsob hadronizace ve vakuu/v médiu

5. Co budeme vidět na LHC energiích? Těžko-iontová srážka s jety “Čisté” pp jety Energy Energy ? phi phi eta eta … možnost měřit „opravdové“ jety, ale jak se vyrovnat s pozadím?

6. HIJING HYDJET Pythia pp AA Cone 0.4, 0.7 Calo Towers (0.1 x 0.1) Tower Noise suppression Jet Finding kT Calo Jets (not calibrated) Tower Building Jet Calibration (e/h, inactive mat.) Calo Cells Calo Jets (calibrated) Physics Jets In-situ Calibration (underlying event, physics environment) Jet ET Scale Corrections (noise, pile up, algorithm effects) Physics Jets Generation Vhodné algoritmy Herwig HepMC ATLAS-CSC-01-02-00 Rome-Final ATLAS-DC3-07 Simulation G4 Hits Digitization Real Data G4 Digits Reconstruction ESD CBNT AAN SAN Analysis

7. Clone Cells Calibrate Cells Read Events – Averaged Bkgr from Files Find Seeds: FixedThreshold Find Seeds: SlidingWindow Read Events – Averaged Bkgr from Files Perform Cell Bkgr Subtraction Perform Tower Bkgr Subtraction Build Towers EventsAvgCellBkgrSubtr AvgCellBkgrSubtr EventsAvgTowBkgrSubtr SetCellBkgrSubtr AvgTowBkgrSubtr Build Towers Build “ProtoJets”, Run Cone Algorithm CryoCorr or JetScale or both or none Calibrate Jets Apply Cuts, Receive Jets

8. Pythia

9. Merged

10. Merged after “Cell Bkgr Subtraction”

11. rozlišení pozice jetu rozlišení energie jetu

12. Jet energy scale problem Dh Df DEt/Et Mean(DEt/Et) RMS(DEt/Et) Fake-rate/Efficiency

13. Eta dependence: et_jet = 10 GeV – inifinity, AvgCellBkgrSubtr compared with:Left: Cone4TowerJets Right: Cone4TruthJets without calibration with calibration

14. AvgCellBkgrSubtr without calibration vs. Cone4TowerJets without calibration

15. Sources of the jet energy scale problem • Lose efficiency at energies bellow 60 GeV  we are effectively picking up only upwards fluctuations (see last slide, generally - good correlation between efficiency and jet scale shift) • For energies above 60 GeV still jet scale shift (this shift is eta-dependent, layer-dependent and calibration dependent) • HIJING “mini-jets” (see correlation between the sum of Pt of HIJING particles (from the jet area) and the shift in the jet energy) • Some technical problems: problem with truth jet reconstruction at 12.0.6, …

16. Jet Shape • jet shape determined using cells • calibrated or non-calibrated cells can be used • implementated within HIJetAnalysis package • here: Pythia = open markers • what is stored in ntuples: … jet ET distribution, where b is binning parameter … first two radial moments

17. Jet Shape • Comparison: • Pythia = open markers, J3 bin, 400 events • Merged = full markers, J3, b2, AvgCellBkgrSubtr • Comparison: • Pythia truth jets = open markers, Pythia reco jets = full markers • J3 bin, 400 events

18. Další vhodné pozorovatelné… … radiální momenty pp PbPb R=0.1 R=0.2 R=0.3 … rozdíl mezi u-jety a b-jety pozorovatelný i v PbPb R=0.4

19. Track to Calo matching • Algorithm: • loop through jets, navigate back to towers, save towers in a temporary array • loop through tracks, for each track loop through saved towers and save the track if dEta(tower,track)<dEtaPhiMin && dPhi(tower,track)<dEtaPhiMin • for the saved track save also the tower index of the corresponding tower and the jet index • implemented in: HIJetAnalysis/HIJet_CBNTAA_JetTracks • 400 Pythia events, J3 in 12.0.6 • Et(Tower) vs. Pt(track) • non-calibrated towers • Pt_min for track = 4 GeV • problem - for same tracks: Pt(track) > Et(Tower) • => future tuning: • correction on magnetic field bending (reject a track if for any near tower in good direction Pt(track) > Et(tower)) • instead of tuning of this tool usage of existing JetRec track to calo matching tool

20. Track to Calo matching, Pythia Et(Tower) vs. Pt(Track) … two different calibrations on towers (slightly better then without calibration) Et(Jet) vs. SumOfPt(tracks within jet) … works well H1WeightRomeHack H1WeightSCS12Cone4

21. Track to calo matching, shape of the jet from tracking Pt,min(track) = 4 GeV Pt,min(track) = 4 GeV Pt,min(track) = 1 GeV Pt,min(track) = 1 GeV Dh, Df between a track and jet axis (400 Pythia J3 events)

22. Track to Calo matching, jT and z distributions • jT is transverse moment of a constituent of jet with respect to the jet axis • z is a fraction of longitudinal moment of a constituent with respect to the jet axis • opened = truth (Pythia particles within a jet and & Truth jets) • full = reco of Pythia event (tracks that match calorimeter towers of a jet) • no fake tracks and ghost rejection … • same distributions for merged events on the way

23. Závěr: Proč se zabývat jety ve srážkách těžkých iontů • Lze zkoumat vlastnosti media v rané fázi (hustota, teplota, počet stupňů volnosti, opacita/viskozita …) • Lze zkoumat mechanismus ztráty energie, způsob hadronizace ve vakuu/v médiu • Lze proměřovat fázový diagram jaderné hmoty • Experiment přináší neočekávané výsledky • QGP je pohled do minulosti … • Byly vytvořeny a stále se vyvíjí algoritmy pro práci s HI pozadím a rekonstrukci jetů, algoritmy pro měření důležitých fyzikálních veličin (jet shape, radiální momenty, jT, z, …) • Intenzivně probíhá práce na Jet energy scale, vývoji algoritmů a měřitelných pro lepší charakterizaci HI pozadí, možnosti měření g(W,Z)-jet eventů Závěr: Současný stav (HI) jet programu pro detektor ATLAS

24. Založní snímky

25. Další nástroje na výzkum QGP zvýšení produkce podivných částic potlačení produkce kvarkonií měření přímých fotonů

26. Phase Diagram for Nuclear Matter Fázový diagram jaderné hmoty

27. Presampler Barrel em. The whole calorimeter 4.5 1.2 2.5 End-cap em. Tilecal 3 0.9 Average Hijing background (around 3 GeV) Population of different layers (100 events) LAr end-cap Forward calorimeter 0.9 0.3

28. 50% Presampler Barrel em. The whole calorimeter 100% 1.6 30 25 30% 15% Endcap em. Tilecal 8 5 Pythia pp-jets Population of different layers (an example) LAr end-cap Forward calorimeter 0.02 0.4 process: qq → WH(120) → m nmuu

29. Medium Co je měřeno na RHIC … situace je však komplikovanější

30. dN/dh b ET Globální proměnné centralita srážky  celková multiplicita nabitých částic  celková transverzální energie zkoumání závislostí pozorova-ných jetů na délce dráhy v médiu azimutální prostorová nesymetrie  azimutální anizopropie spektra hybností hadronů(viz hydrodyn. model)  určení interakční roviny Out of Plane In Plane

31. Co je měřeno na RHIC

32. Medium Co je měřeno na RHIC

33. Au+Au 0-10% preliminary Medium Co je měřeno na RHIC • „Near-side structure“ • pouze gluonové brzdné záření + flowing medium? • zahřátí média procházejícím partonem a následná rekombinace partonů z média ? • …

34. near Medium away near θ* = 120 Medium away deflected jets Co je měřeno na RHIC • „Away-side structure“ • Machův kužel? • “ohyb” jetu v mediu? • … mach cone

35. near Medium Medium Medium Medium away dvou částicové korelace tří částicové korelace tvar jetu, multiplicita RAA RHIC LHC

36. LHC energie Phenomenology QCD C.A.Salgado, U.Wiedemann Experiment

37. Heavy Ions at the ATLAS detector, few numbers Calorimeter Inner detector

38. Medium

39. NA 50 Motivace Hmota dominovaná gluony Pb Pb potlačení J/Y a ¡ Nárůst počtu podivných částic RHIC Jet quenching AGS