1 / 50

Dżety w zderzeniach ołów-ołów przy energii LHC: czy obserwujemy ich modyfikacje?

Dżety w zderzeniach ołów-ołów przy energii LHC: czy obserwujemy ich modyfikacje?. Bożena Boimska Seminarium Fizyki Wielkich Energii, UW 18 .05. 2012. Plan. Wstęp Plazma kwarkowo-gluonowa Motywacja badań dżetów w zderzeniach jonów przy LHC

steve
Download Presentation

Dżety w zderzeniach ołów-ołów przy energii LHC: czy obserwujemy ich modyfikacje?

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Dżety w zderzeniach ołów-ołów przy energii LHC:czy obserwujemy ich modyfikacje? • BożenaBoimska Seminarium Fizyki Wielkich Energii, UW 18 .05. 2012

  2. Plan • Wstęp • Plazma kwarkowo-gluonowa • Motywacja badań dżetów w zderzeniach jonów przy LHC • Zderzenia PbPb w 2010 i 2011 roku • Rekonstrukcja dżetów w zderzeniach ciężkich jonów przy LHC • Wyniki • Pomiar czynnika modyfikacji jądrowej - RAA • Analiza przypadków dwu-dżetowych • Analiza przypadków dżet-foton • Podsumowanie

  3. Plazma kwarkowo-gluonowa Quark-Gluon Plasma (QGP): stan materii ze swobodnymi kwarkami i gluonami Badanie QGP: • lepsze zrozumienie oddziaływań silnych i zjawiska uwięzienia partonów wewnątrz hadronów • zbadanie warunków jakie istniały tuż po Wielkim Wybuchu (pierwsze ms) Eksperymentalnie QGP badana w zderzeniach ciężkich jonów przy bardzo wysokich energiach Obliczenia teoretyczne (QCD) przewidują przejście do QGPgdy: gęstość energii>ec~1 GeV/fm3lub temperatura>Tc~175 MeV

  4. Final state particles Hard probes „Mały Wybuch” w laboratorium

  5. ALICE- dedykowany badaniom HI ATLASiCMS– dedykowane badaniom zderzeń p+p, mają program HI

  6. Zderzenia Pb20882+-Pb20882+ przy LHC • W 2010 i 2011 roku po ok. 1 miesiącu zbierania danych • Scałkowana świetlność dostarczona przez akcelerator LHC w 2011: L2011~16xL2010

  7. M. Ferro-Luzzi 2012 Chamonix workshop Scałkowana świetlność dla PbPb

  8. „Mały Wybuch” w laboratorium Centralne zderzenie PbPb przy sNN=2.76 TeV

  9. Plany na 2012r.(listopad) • Badanie efektów zimnej materii jądrowej: pPb przysNN=5 TeV • Oczekiwana świetlność: • początkowa ~3*1028 cm-2s-1 • scałkowana ~30 nb-1 • (Ewentualnie) badanie zderzeń pp • sNN=2.76 TeV (odniesienie dla PbPb) • sNN=5 TeV (odniesienie dla pPb) Oczekiwana scałkowana świetlność 6pb-1 dla każdej z energii

  10. Pierwsze wyniki(seminaria FWE) • Femtoskopia (korelacje HBT) Adam Kisiel (PW), 14.01.2011: • Charakterystyki globalne i korelacje • Krotność cząstek • Pływ eliptyczny • Korelacje dwu-cząstkowe • „Twarde” sygnały • Produkcja J/Ψ • Produkcja Z0 • Tłumienie dżetów BB, 20.05.2011:

  11. Publikacje LHC dla PbPb@sNN=2.76TeV • ALICE • Krotność cząstekPRL 105, 252301(2010), PRL 106, 032301(2011) • FemtoskopiaPLB 696, 328(2011) • PływPRL 105, 252302(2010), PRL 107, 032301(2011) • Tłumienie dużych pT cząstki naładowane: PLB 696, 30(2011) mezony D: arXiv:1203.2160 • Korelacje azymutalnearXiv:1109.2501 • Produkcja J/ΨarXiv:1202.1383 • Fluktuacje tła dla dżetówJHEP 1203, 053(2012) • ATLAS • Asymetria pędowa dżetówPRL 105, 252303(2010) • Produkcja J/Ψ i Z0 PLB 697, 294(2011) • Krotność cząstek PLB 710, 363(2012) • Pływ PLB 707, 330(2012), arXiv:1203.3087

  12. Publikacje LHC dla PbPb@sNN=2.76TeV • CMS • Produkcja Z0PRL 106, 212301(2011) • Asymetria pędowa dżetówPRC 84, 024906(2011), arXiv:1202.5022 • Korelacje dwu-hadronoweJHEP 1107, 076(2011), arXiv:1201.3158 • KrotnośćJHEP 1108, 141(2011) • Produkcja Y i J/ψPRL 107, 052302(2011), arXiv:1201.5069 • PływarXiv:1204.1409, arXiv:1204.1850 • Tłumienie dużych pTEPJC 72, 1945(2012) • FotonyPLB 710, 256(2012) • Korelacje foton-dżet arXiv:1205.0206 • Gęstość energii ETarXiv:1205.2488

  13. „obserwatorzy” obszar „uczestników” b „obserwatorzy ” (60-100)% (0-5)% Centralność zderzenia Mniejszy parametr zderzeniab Większy obszar przekrywania się jąder Więcejnukleonów uczestników Nparti większa liczba zderzeń Ncoll b,Npart , Ncoll nie są mierzone bezpośrednio. Wyznaczane są na podstawie innych wielkości mierzonych w eksperymencie (np. krotność cząstek, ET) + model

  14. Tłumienie dżetów (”jet quenching”) • Jedna z sygnatur wytworzenia QGP- J.D.Bjorken (1982) • Zaobserwowane po raz pierwszy przy akceleratorze RHIC(USA) dla zderzeń Au197-Au197@ sNN=200GeV • Dla RHIC rekonstrukcja dżetów bardzo trudna  badano cząstki z dużym pT • Pomiar tzw. czynnika modyfikacji jądrowej i korelacji w kącie azymutalnym Wynik strat radiacyjnych partonów, biorących udział w twardym oddziaływaniu w początkowej fazie zderzenia, przy przejściu przez gęsty ośrodek partonowy

  15. Czynnik modyfikacji jądrowej - RAA RAA = 1 (produkcja w A+A) RAA = NCOLL(AA)  (produkcja w p+p) |twarde oddziaływania skalowanie z Ncollbrak efektów jądrowych Wpływ efektów jądrowych: RAA > 1 wzmocnienie produkcji RAA < 1 tłumienie produkcji

  16. STAR h± Czynnik modyfikacji jądrowej przy RHIC RdAu>1 wzmocnienie RAuAu<1 tłumienie ”Jet quenching”obserwowany w centralnych zderzeniach AuAu jako tłumienie produkcji cząstek z dużym pT (wytworzona gęsta materia partonowa)

  17. Associated p+p jet event away-side Δf Trigger Pedestal&flow subtracted near-side Korelacje azymutalne przy RHIC near-side away-side 4< pT(trig) < 6 GeV/c 2 <pT(assoc)<pT(trig)GeV/c • Zderzenia pp i dAu podobne • Dla centralnych AuAu ginie dżet ”away”

  18. near away Pedestal&flow subtracted Leading hadrons Medium Korelacje azymutalne przy RHIC near-side away-side Widoczny bo powstaje blisko „brzegu” Ginie bo jest tłumiony w gęstym ośrodku – ”jet quenching”

  19. Pb Pb Pb Pb Czynnik modyfikacji jądrowej przy LHC Dla cząstek naładowanych Pierwszy pomiar RAA: ALICE,PLB 696, 30(2011) mała statystyka CMS,EPJC 72, 1945(2012) (dane 2010 i 2011) Pomiar aż do pT ~100 GeV/c Z centralnością zderzenia RAA maleje

  20. central collisions EPJC 72, 1945(2012) RAA przy SPS, RHIC i LHC Dla energii LHC: • produkcja hadronów tłumiona ~6x przy pT~7GeV/c • dla wyższych pT powolny wzrost i plateau RAA~0.5 w zakresie pT~40-100GeV/c • Ograniczenie na modele opisujące straty energii partonów • Możliwość wyznaczenia własności wytworzonego ośrodka partonowego (np.: dNg/dy)

  21. b 2.76 TeV Dżety przy LHC Energia LHC ~14 x RHIC Dla LHC duży przekrój czynny na produkcję dżetów: sjet>100GeV (LHC) > 105 • sjet>100GeV (RHIC) Możliwa rekonstrukcja dżetów  Mierzymy dżety (a nie tylko cząstki z dużymi pędami poprzecznymi)

  22. Rekonstrukcja dżetów w zderzeniach PbPb Trudna bo duże tło od tzw. “soft underlying event” dNcharged/dη ~1600 (dla 5% najbardziej centralnych zderzeń) Trzeba stosować specjalne procedury odejmowania tła (przypadek po przypadku)

  23. Clusters and Tracks Particles particle-flow Rekonstrukcja dżetów w zderzeniach PbPb Tradycyjna metoda: rekonstrukcja oparta na informacji z kalorymetrów, w których nastąpił depozyt energii cząstek należących do dżetu Szukany stożek o promieniu HCAL Clusters Cząstki naładowane o małym pT poza stożkiem ECAL Clusters Metoda „Particle Flow”: Tracks Do zrekonstruowania dżetu używana informacja z kalorymetrów i układu śladowego

  24. h h f f Przypadki dwu-dżetowe w zderzeniachPbPb Jedne z pierwszych zderzeń: • Zaobserwowano przypadki dwu-dżetowe • Dla centralnych zderzeń widoczne przypadki dwu-dżetowe niezbalansowane energetycznie przejaw zjawiska „tłumienia dżetów”?

  25. Peripheral pp Central Korelacja w kącie azymutalnym Pb Pb Pb Pb CMS, PRC 84, 024906(2011) ‘leading’ ‘subleading’ • Dane PbPb • - Dane odniesienia Dla wszystkich centralności dżety są zasadniczo ‘back-to-back’ (Df~p) Przejście partonów o dużym pTprzez ośrodek nie powoduje silnej dekorelacji kątowej Dalsza analiza dla dżetów ‘back-to-back’, Df>2/3p (rad)

  26. Asymetria • Niezbalansowanie pędowe dżetów wyznaczane przy pomocy stosunku: • Cięcia na pTdżetów wprowadzają ograniczenia na wartości AJ np.: pT,1=120 GeV/c & pT,2>50 GeV/c  AJ<0.41

  27. Peripheral pp Central Niezbalansowanie pędowe Pb Pb Pb Pb CMS, PRC 84, 024906(2011) • Dane PbPb • - Dane odniesienia • Dane odniesienia nie odtwarzają wyników dla PbPb • Niezbalansowanie dżetów rośnie z centralnością zderzenia

  28. Pierwszy pomiar niezbalansowania dżetów: ATLAS,PRL 105, 252303(2010) …ale dla małej statystyki Dla CMS statystyka większa; możliwa analiza bardziej różniczkowa

  29. Zależność od pT dżetu Pb Pb Pb Pb CMS, arXiv:1202.5022 • pT,2/pT,1 rośnie z pT wiodącego dżetu • Straty energii obserwowane dla wszystkich wartości pT • większe dla bardziej centralnych zderzeń • brak widocznej zależności od pT • □ Dane odniesienia • Dane PbPb

  30. Gdzie jest brakujący pT tłumionego dżetu? Użyta informacja o śladach cząstek naładowanych Metoda brakującego pT||: Obliczamy projekcję pTzrekonstruowanych śladów cząstek naładowanych na oś wiodącego dżetu 1)Wyznaczenie kierunku wiodącego dżetu

  31. Gdzie jest brakujący pT tłumionego dżetu? Użyta informacja o śladach cząstek naładowanych Metoda brakującego pT||: Obliczamy projekcję pTzrekonstruowanych śladów cząstek naładowanych na oś wiodącego dżetu 1)Wyznaczenie kierunku wiodącego dżetu 2) Sumowanie projekcji pTdla wszystkich śladów w przypadku

  32. transverse plane (–) jet axis (+) (+) (-) AJ Metoda brakującego pT|| 3)Uśrednienie po wszystkich przypadkach by otrzymać średnie brakujące <pT||> Badanie zależności <pT||> od asymetrii AJ:

  33. transverse plane (–) jet axis (+) Overall balance ! (-) (+) AJ Brakujący pT|| vs. AJ CMS, PRC 84, 024906(2011) • Po uwzględnieniu wszystkich cząstek naładowanych w stanie końcowym równowaga pędowa przywrócona • Zbalansowanie w pTprzywrócone niezależnie od asymetrii AJ

  34. 0-30% Central PbPb Low pT excess away from leading jet High pT excess towards leading jet balanced dijets unbalanced dijets Brakujący pT|| vs. AJ CMS, PRC 84, 024906(2011) Wkłady od różnych wartości pT: Nadwyżka dużych pT(>8GeV/c)w kierunku wiodącego dżetu zbalansowana przez cząstki o małych pT(<8GeV/c)w kierunku przeciwnym do wiodącego dżetu

  35. All particles (ΔR<0.8) (ΔR>0.8) balanced jets unbalanced jets Brakujący pT|| vs. AJ CMS, PRC 84, 024906(2011) Zależność kątowa (względem osi dżetu): • Nadwyżka cząstek z dużym pT wewnątrz stożka równoważona przez cząstki z małym pT na zewnątrz stożka • Obserwowana różnica w pędzie dżetów balansowana przez cząstki o małym pT emitowane pod dużymi kątami względem osi dżetu tłumionego

  36. Funkcje Fragmentacji dżetów ułamek pędu partonu niesiony przez hadron: z=pHadron/pParton Oddziaływanie partonu z ośrodkiem (straty energii) może powodować modyfikacje funkcji fragmentacji (FF) partonu, prowadząc do mniejszej liczby cząstek dla dużego z i wzrostu liczby cząstek dla małego z Pomiar funkcji fragmentacji: • Używana informacja nt. dżetu i cząstek naładowanych znajdujących się wewnątrz stożka dżetu • Stosowane cięcie na min. pT cząstek(eliminacjawkładu od tzw. ”soft underlying event”)

  37. z=pHadron/pParton FF partonów (ilustracja) w zmiennej z: w zmiennej x= ln(1/z): cząstki niosąceduży ułamek pędu partonu cząstki niosącemały ułamek pędu partonu

  38. Mierzone w eksperymencie FF partonów (ilustracja) Wpływ cięcia na minimalny pT cząstek: • Ogranicza dostępne wartości ξ • Silny spadek FF • Spadek FF silniejszy dla partonów z mniejszym pT pTrack|| - składowa pędu cząstki wzdłuż osi dżetu

  39. x= ln(1/z) x= ln(1/z) FF dla zderzeń PbPb CMSHIN-11-004

  40. l x= ln(1/z) x= ln(1/z) FF dla zderzeń PbPb CMSHIN-11-004 • Fragmentacja dżetów ”leading” i ”subleading” dla PbPb jak dżetów dla pp • Brak zależności od centralności zderzenia

  41. symmetric dijets asymmetric dijets 0-30% central PbPb x= ln(1/z) FF vs. AJ Różne AJ  różne wartości energii tracone w ośrodku przez parton fragmentujący w dżet ”subleading” CMSHIN-11-004

  42. symmetric dijets asymmetric dijets 0-30% central PbPb x= ln(1/z) FF vs. AJ Różne AJ  różne wartości energii tracone w ośrodku przez parton fragmentujący w dżet ”subleading” CMSHIN-11-004 • Fragmentacja nie zależy od energii traconej przez parton • Zgodna z fragmentacją w próżni

  43. Jet Subleading Jet Leading Jet Photon k g-jet event h f Analiza może być „obciążona”:parton dla dżetu „wiodącego” mógł też oddziaływać z ośrodkiem i stracił część swojej energii Fotony: - z początkowej fazy zderzenia (tzw. fotony bezpośrednie (”direct”)) • nie oddziałują z ośrodkiem partonowym • Bezpośredni pomiar strat energii partonu Pierwsza analiza przypadków g-jet: CMS,arXiv:1205.0206 Eksperymentalnie badane tzw. fotony izolowane (odrzucane tło, m.in. z rozpadów p0, h)

  44. Korelacja w kącie azymutalnym Pb Pb Pb Pb CMS, arXiv:12050206 • Dane PbPb • - Dane odniesienia • Zgodność danych PbPb z MC (dane odniesienia) • Dla wszystkich centralności zderzenia foton i dżet są ‘back-to-back’ (DfJg ~p)

  45. Niezbalansowanie pędowe Pb Pb Pb Pb xJg = pTJet/pTgvs. Centralność <xJg>: Różnica pomiędzy danymi odniesienia a PbPb – wartości dla PbPb są mniejsze Przy przejściu przez ośrodek parton traci energię CMS, arXiv:12050206

  46. RJgvs. Centralność Pb Pb Pb Pb RJγ– ułamek fotonów stowarzyszonych z dżetami powyżej progu RJg: Maleje z centralnością zderzenia (pT dżetu przesuwa się poniżej progu – dżet jest tracony) CMS, arXiv:12050206

  47. Podsumowanie (I):Czynnik modyfikacji jądrowej przy LHC CMS,PRL 106, 212301(2011) CMS,PLB 710, 256(2012) Z0i fotony - nie oddziałują silnie więc nie są tłumione, RAA=1 Hadrony – są tłumione, RAA<1 CMS,EPJC 72, 1945(2012) ALICE,PLB 696, 30(2011)

  48. 2.Duże niezbalansowanie w pT dla dżetów (AJ) 3.Równowaga w pT -uwzględniając cząstki omałych pT i dużych kątach ATLAS, PRL 105, 252303(2010) CMS, PRC 84, 024906(2011) CMS, PRC 84, 024906(2011) 1.Ośrodek nie powoduje dekorelacji kątowej partonów (Df~p) 4.Straty energii partonów w ośrodku dla wszystkich pT CMS, arXiv:1202.5022 5.Partony fragmentują jak w próżni, niezależnie od energii straconej w ośrodku CMS, HIN-11-004 Podsumowanie (II): Przypadki dwu-dżetowe

  49. Jet |ΔfJg| g Podsumowanie (III): Przypadki foton-dżet Bezpośredni pomiar: strata energii dżetu vs. początkowa energia partonu 1. Ośrodek nie powoduje dekorelacji kątowej fotonu i dżetu (DfJg ~p) 2.Z centralnością zderzenia, przesunięcie dżetu stowarzyszonego z fotonem w kierunku mniejszych pT (xJg, RJg) CMS, arXiv:1205.0206

  50. Dziękuję za uwagę!

More Related