Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Dżety w zderzeniach ołów-ołów przy energii LHC: czy obserwujemy ich modyfikacje? Bożena Boimska Seminarium Fizyki Wielkich Energii, UW 18.05. 2012.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Dżety w zderzeniach ołów-ołów przy energii LHC: czy obserwujemy ich modyfikacje? Bożena Boimska Seminarium Fizyki Wielkich Energii, UW 18.05. 2012."— Zapis prezentacji:

1 Dżety w zderzeniach ołów-ołów przy energii LHC: czy obserwujemy ich modyfikacje? Bożena Boimska Seminarium Fizyki Wielkich Energii, UW

2 2 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 - R AA Analiza przypadków dwu-dżetowych Analiza przypadków dżet-foton Podsumowanie Plan

3 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 s) Eksperymentalnie QGP badana w zderzeniach ciężkich jonów przy bardzo wysokich energiach Obliczenia teoretyczne (QCD) przewidują przejście do QGP gdy: gęstość energii> c ~1 GeV/fm 3 lub temperatura> T c ~175 MeV

4 4 Mały Wybuch w laboratorium Final state particles Hard probes

5 5 ALICE - dedykowany badaniom HI ATLAS i CMS – dedykowane badaniom zderzeń p+p, mają program HI

6 6 Zderzenia Pb Pb przy LHC Parametr zderzeniaNominalniew 2010r.w 2011r. Energia s NN [TeV] Świetlność L [cm -2 s -1 ]~10 27 do 2.5*10 25 do ~4.5*10 26 W 2010 i 2011 roku po ok. 1 miesiącu zbierania danych Scałkowana świetlność dostarczona przez akcelerator LHC w 2011: L 2011 ~ 16xL 2010

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

8 8 Mały Wybuch w laboratorium Centralne zderzenie PbPb przy s NN =2.76 TeV

9 9 Plany na 2012r. (listopad) Oczekiwana scałkowana świetlność 6pb -1 dla każdej z energii Badanie efektów zimnej materii jądrowej: pPb przy s NN =5 TeV Oczekiwana świetlność: początkowa ~3*10 28 cm -2 s -1 scałkowana ~30 nb -1 (Ewentualnie) badanie zderzeń pp s NN =2.76 TeV (odniesienie dla PbPb) s NN =5 TeV (odniesienie dla pPb)

10 10 Pierwsze wyniki (seminaria FWE) Adam Kisiel (PW), : BB, : Charakterystyki globalne i korelacje Krotność cząstek Pływ eliptyczny Korelacje dwu-cząstkowe Twarde sygnały Produkcja J/Ψ Produkcja Z 0 Tłumienie dżetów Femtoskopia (korelacje HBT)

11 11 ALICE Krotność cząstek PRL 105, (2010), PRL 106, (2011) Femtoskopia PLB 696, 328(2011) Pływ PRL 105, (2010), PRL 107, (2011) Tłumienie dużych p T cząstki naładowane: PLB 696, 30(2011) mezony D: arXiv: Korelacje azymutalne arXiv: Produkcja J/Ψ arXiv: Fluktuacje tła dla dżetów JHEP 1203, 053(2012) ATLAS Asymetria pędowa dżetów PRL 105, (2010) Produkcja J/Ψ i Z 0 PLB 697, 294(2011) Krotność cząstek PLB 710, 363(2012) Pływ PLB 707, 330(2012), arXiv: Publikacje LHC dla s NN =2.76TeV

12 12 CMS Produkcja Z 0 PRL 106, (2011) Asymetria pędowa dżetów PRC 84, (2011), arXiv: Korelacje dwu-hadronowe JHEP 1107, 076(2011), arXiv: Krotność JHEP 1108, 141(2011) Produkcja Y i J/ψ PRL 107, (2011), arXiv: Pływ arXiv: , arXiv: Tłumienie dużych p T EPJC 72, 1945(2012) Fotony PLB 710, 256(2012) Korelacje foton-dżet arXiv: Gęstość energii E T arXiv: Publikacje LHC dla s NN =2.76TeV

13 13 Centralność zderzenia Mniejszy parametr zderzenia bWiększy obszar przekrywania się jąder Więcej nukleonów uczestników N part i większa liczba zderzeń N coll obserwatorzy obszar uczestników obserwatorzy b b, N part, N coll nie są mierzone bezpośrednio. Wyznaczane są na podstawie innych wielkości mierzonych w eksperymencie (np. krotność cząstek, E T ) + model (0-5)% (60-100)%

14 14 Tłumienie dżetów (jet quenching) Jedna z sygnatur wytworzenia QGP - J.D.Bjorken (1982) Zaobserwowane po raz pierwszy przy akceleratorze RHIC (USA) dla zderzeń Au 197 -Au s NN =200GeV Dla RHIC rekonstrukcja dżetów bardzo trudna badano cząstki z dużym p T 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 15 Czynnik modyfikacji jądrowej - R AA R AA = (produkcja w A+A) N COLL (AA) (produkcja w p+p) | twarde oddziaływania wzmocnienie produkcji skalowanie z N coll brak efektów jądrowych Wpływ efektów jądrowych: R AA = 1 R AA > 1 R AA < 1 tłumienie produkcji

16 16 R dAu >1 wzmocnienie STAR h±h± Czynnik modyfikacji jądrowej przy RHIC R AuAu <1 tłumienie Jet quenching obserwowany w centralnych zderzeniach AuAu jako tłumienie produkcji cząstek z dużym p T (wytworzona gęsta materia partonowa)

17 17 Korelacje azymutalne przy RHIC Pedestal&flow subtracted near-side away-side Δ Trigger Associated away-side near-side p+p jet event 4< p T (trig) < 6 GeV/c 2


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

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

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

21 21 Dżety przy LHC Energia LHC ~14 x RHIC jet>100GeV (LHC) > 10 5 jet>100GeV (RHIC) Dla LHC duży przekrój czynny na produkcję dżetów: Możliwa rekonstrukcja dżetów Mierzymy dżety (a nie tylko cząstki z dużymi pędami poprzecznymi) 2.76 TeV b

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

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

24 24 Przypadki dwu-dżetowe w zderzeniach PbPb Jedne z pierwszych zderzeń: Zaobserwowano przypadki dwu-dżetowe Dla centralnych zderzeń widoczne przypadki dwu-dżetowe niezbalansowane energetycznie przejaw zjawiska tłumienia dżetów?

25 25 Korelacja w kącie azymutalnym leadingsubleading Dane PbPb - Dane odniesienia Central Peripheral PbPb PbPb pp Dla wszystkich centralności dżety są zasadniczo back-to-back ( ) Przejście partonów o dużym p T przez ośrodek nie powoduje silnej dekorelacji kątowej Dalsza analiza dla dżetów back-to-back, >2/3 (rad) CMS, PRC 84, (2011)

26 26 Asymetria Niezbalansowanie pędowe dżetów wyznaczane przy pomocy stosunku: Cięcia na p T dżetów wprowadzają ograniczenia na wartości A J np.: p T,1 =120 GeV/c & p T,2 >50 GeV/c A J <0.41

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

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

29 29 Zależność od p T dżetu CMS, arXiv: PbPbPbPb Dane odniesienia Dane PbPb p T,2 /p T,1 rośnie z p T wiodącego dżetu Straty energii obserwowane dla wszystkich wartości p T większe dla bardziej centralnych zderzeń brak widocznej zależności od p T

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

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

32 32 Metoda brakującego p T || 3) Uśrednienie po wszystkich przypadkach by otrzymać średnie brakujące Badanie zależności od asymetrii A J : (+) (-) AJAJ transverse plane (–) (+) jet axis

33 33 Brakujący p T || vs. A J Overall balance ! (+) (-) AJAJ transverse plane (–) (+) jet axis Po uwzględnieniu wszystkich cząstek naładowanych w stanie końcowym równowaga pędowa przywrócona Zbalansowanie w p T przywrócone niezależnie od asymetrii A J CMS, PRC 84, (2011)

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

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

36 36 Pomiar funkcji fragmentacji: 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 ułamek pędu partonu niesiony przez hadron: z=p Hadron /p Parton Używana informacja nt. dżetu i cząstek naładowanych znajdujących się wewnątrz stożka dżetu Stosowane cięcie na min. p T cząstek (eliminacja wkładu od tzw. soft underlying event) Funkcje Fragmentacji dżetów

37 37 FF partonów (ilustracja) w zmiennej = ln(1/z): cząstki niosące duży ułamek pędu partonu z=p Hadron /p Parton w zmiennej z: cząstki niosące mały ułamek pędu partonu

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

39 39 FF dla zderzeń PbPb = ln(1/z) CMS HIN

40 40 Fragmentacja dżetów leading i subleading dla PbPb jak dżetów dla pp Brak zależności od centralności zderzenia l = ln(1/z) FF dla zderzeń PbPb CMS HIN

41 41 symmetric dijets asymmetric dijets 0-30% central PbPb = ln(1/z) FF vs. A J Różne A J różne wartości energii tracone w ośrodku przez parton fragmentujący w dżet subleading CMS HIN

42 42 Fragmentacja nie zależy od energii traconej przez parton Zgodna z fragmentacją w próżni CMS HIN FF vs. A J 0-30% central PbPb symmetric dijets asymmetric dijets = ln(1/z) Różne A J różne wartości energii tracone w ośrodku przez parton fragmentujący w dżet subleading

43 43 Subleading Jet Leading Jet Photon Jet k 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 -jet: CMS, arXiv: Eksperymentalnie badane tzw. fotony izolowane (odrzucane tło, m.in. z rozpadów 0, ) -jet event

44 44 Korelacja w kącie azymutalnym Zgodność danych PbPb z MC (dane odniesienia) Dla wszystkich centralności zderzenia foton i dżet są back-to-back ( J ) Dane PbPb - Dane odniesienia PbPbPbPb CMS, arXiv:

45 45 x J = p T Jet /p T vs. Centralność Niezbalansowanie pędowe PbPbPbPb CMS, arXiv: : Różnica pomiędzy danymi odniesienia a PbPb – wartości dla PbPb są mniejsze Przy przejściu przez ośrodek parton traci energię

46 46 R Jγ – ułamek fotonów stowarzyszonych z dżetami powyżej progu PbPbPbPb R J vs. Centralność R J : Maleje z centralnością zderzenia (p T dżetu przesuwa się poniżej progu – dżet jest tracony) CMS, arXiv:

47 47 Podsumowanie (I): Czynnik modyfikacji jądrowej przy LHC CMS, EPJC 72, 1945(2012) CMS, PRL 106, (2011) CMS, PLB 710, 256(2012) Z 0 i fotony - nie oddziałują silnie więc nie są tłumione, R AA =1 Hadrony – są tłumione, R AA <1 ALICE, PLB 696, 30(2011)

48 48 Podsumowanie (II): Przypadki dwu-dżetowe 1. Ośrodek nie powoduje dekorelacji kątowej partonów ( ) 2. Duże niezbalansowanie w p T dla dżetów (A J ) 3. Równowaga w p T - uwzględniając cząstki o małych p T i dużych kątach 5. Partony fragmentują jak w próżni, niezależnie od energii straconej w ośrodku 4. Straty energii partonów w ośrodku dla wszystkich p T ATLAS, PRL 105, (2010) CMS, PRC 84, (2011) CMS, arXiv: CMS, HIN

49 49 Podsumowanie (III): Przypadki foton-dżet |Δ J | Jet CMS, arXiv: Bezpośredni pomiar: strata energii dżetu vs. początkowa energia partonu 1. Ośrodek nie powoduje dekorelacji kątowej fotonu i dżetu ( J ) 2. Z centralnością zderzenia, przesunięcie dżetu stowarzyszonego z fotonem w kierunku mniejszych p T (x J, R J )

50 50 Dziękuję za uwagę!


Pobierz ppt "Dżety w zderzeniach ołów-ołów przy energii LHC: czy obserwujemy ich modyfikacje? Bożena Boimska Seminarium Fizyki Wielkich Energii, UW 18.05. 2012."

Podobne prezentacje


Reklamy Google