„ Tłumienie dżetów” zarejestrowane przez detektor CMS - zderzenia TeV/N Bożena Boimska Zebranie analizy fizycznej,

2 Po co badamy zderzenia Pb-Pb przy LHC? W celu wytworzenia stanu tzw. Plazmy Kwarkowo-Gluonowej (stan materii ze swobodnymi kwarkami i gluonami ) Badanie QGP (Quark-Gluon Plasma):  lepsze zrozumienie oddziaływań silnych i zjawiska uwięzienia partonów wewnątrz hadronów  zbadanie warunków jakie istniały tuż po Wielkim Wybuchu Obliczenia teoretyczne przewidują przejście do QGP gdy: gęstość energii>  c ~1GeV/fm 3 lub temperatura> T c ~175MeV materia hadronowa swobodne kwarki i gluony TcTc

3 Zderzenie Pb 208 -Pb TeV/NPb Wzrost energii ~14 x RHIC (Au 197 -Au Najgorętsza i najgęstsza materia jądrowa wytworzona kiedykolwiek w laboratorium gęstość energii  ≫  c ~1GeV/fm 3  przejście do QGP Jedną z sygnatur QGP jest tłumienie produkcji cząstek z dużymi p T, tzw. tłumienie dżetów (J.D.Bjorken,1982)

4 Ważny parametr: centralność zderzenia b Mniejszy parametr zderzenia b Większy obszar przekrywania się jąder Więcej nukleonów uczestników N part i większa liczba zderzeń N coll b, N part, N coll nie są mierzone bezpośrednio. Wyznaczane są na podstawie innych wielkości mierzonych w eksperymencie + model Centralność – „przekrywanie” się zderzających jąder Może być określona poprzez podanie wartości jednej z następujących wielkości: - parametru zderzenia b - liczby oddziałujących nukleonów N part - liczby zderzeń nukleon-nucleon N coll

5 Wyznaczanie centralności w CMS Używa się całkowitej energii zmierzonej w kalorymetrach HF (Hadronic Forward Calorimeter) 3<|  |<5 Rozkład energii HF użyty do podziału danych na przedziały centralności, wyrażone w procentach całkowitego nieelastycznego przekroju czynnego b, N part, N coll dla danego przedziału wyznaczane z modelu Glaubera i symulacji odpowiedzi detektora HF Model Glaubera - model geometryczny - rozkład gęstości jader Pb: Saxon-Woods -nieelastyczny przekrój czynny  inel nn (2.76TeV) =64±5 mb

6 Przedstawię wyniki dotyczące tzw. „twardych” sygnałów: - obszar perturbacyjnej QCD - sygnały z początkowej fazy zderzenia - ich produkcja skaluje się z N coll I. dżety II. cząstki z dużym p T Dla zderzeń Pb-Pb przeskalowanie o N coll odpowiadające danej centralności

7 I. Dżety arXiv: [nucl-ex], PRC (przypomnienie z mojej prezentacji z ) „Observation and studies of jet quenching in PbPb collisions at  s NN =2.76 TeV”

8 Przypadki dwu-dżetowe Przypadek dla dżetów niezbalansowanych pędowo.

9 Dżety w zderzeniach - Dla LHC duży przekrój czynny na produkcję dżetów - Możliwa ich rekonstrukcja - Dżetom towarzyszy duże tło, tzw. “underlying event”, które zależy od całkowitej krotności w przypadku  Stosowane są procedury odejmowania tła Dżety znajdowane przy użyciu specjalnego algorytmu IC5 CaloJets  Iterative Cone  Calorimetric Jets: informacja z ECAL i HCAL  Rozmiar ‘Jet cone’ R=0.5  Stosowane tzw. iteracyjne odejmowanie tła Rekonstrukcja dżetów w zderzeniach

10 Badanie niezbalansowania pędowego dżetów L=6.7  b -1 Cięcia dla dżetów: |  |<2 Dżet wiodący (‘leading’) p T,1 >120 GeV Dżet ‘subleading’ p T,2 >50 GeV Zderzeń pp (brak tła) Wygenerowanych di-jetow (PYTHIA) umieszczonych wewnątrz rzeczywistych przypadków minimum bias PbPb (jest tło) Rzeczywistych danych PbPb (tło+efekty które nas interesują) W celu oszacowania efektów związanych z ‘underlying event’ analizy wykonane dla:

11  Korelacja w kącie azymutalnym Central Peripheral PbPb PbPb Brak silnego kątowego odchylenia zrekonstruowanych dżetów Do dalszej analizy wzięte tylko dżety ‘back-to-back’,  > 2/3  (rad)

12 Asymetria pędowa dżetów Dla danych PbPb niezbalansowanie pędów dżetów rośnie z centralnością zderzenia Central Peripheral PbPb PbPb 0.15

13 Dżety zbalansowane pędowo - zależność od centralności (N part ) PbPbPbPb R B (A J ) -ułamek przypadków ze zbalansowanymi dżetami A J <0.15 Ze wzrostem centralności coraz mniej jest dżetów zbalansowanych pędowo. ATLAS: Phys.Rev.Lett.105(2010) (mniejsza statystyka L=1.7  b -1 )

14 II. Cząstki z dużym p T HIN (publikacja wkrótce) „Centrality dependence of charged particle transverse momentum spectra in PbPb collisions at  s NN =2.76 TeV”

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 - tłumienie produkcji cząstek o dużych p T - efekt silniejszy dla bardziej centralnych zderzeń T Co wiadomo o ? Au 197 -Au 197 STAR Dla d+Au: R>1 - wzmocnienie h±h± Efekt nie występuje dla „zimnej” materii jądrowej.

17 Szczegóły analizy dla danych CMS L=7  b -1 Próbki danych: Minimum bias (MB): 2.7 M Jet35U: 420K Jet50U: 110k zwiększenie statystyki dla dużych p T Rozkład E T corr. dżetu wiodącego znorm. na przypadek MB  wydajność trygera Dla Jet35U (Jet50U) tryger w pełni efektywny gdy E T corr. = 80 (100) GeV Centralność zderzenia PbPbPbPb Przedziały centralności: 0-5, 5-10, 10-30, 30-50, 50-70, %

18 Rozkłady pędu poprzecznego cząstek naładowanych Tory cząstek naładowanych zrekonstruowane w oparciu o informację z pikselowych i paskowych detektorów krzemowych. Widma p T cząstek otrzymywane osobno dla trzech obszarów E T corr. dżetu wiodącego a następnie łączone ze sobą:  Przykładowy rozkład p T (znormalizowany przez N coll ) dla zderzeń centralnych (0-5%) Dla pozostałych przedziałów centralności postępujemy analogicznie.

19 Czynnik modyfikacji jądrowej - R AA PbPb PbPb Otrzymane rozkłady podzielone przez rozkłady dla pp (interpolacja pomiędzy  s=0.63 i 7 TeV (CDF i CMS)) Zbadany duży zakres p T (do ~100GeV) R AA maleje z centralnością Dla zderzeń centralnych (0-5%): - min. R AA =0.13 dla p T ~6-7GeV/c - dla dużych p T R AA rośnie Inne podejście: R CP (central-to- peripheral)

20 R AA : CMS i ALICE ALICE: Phys.Lett.B696(2011)30 Pomiar ALICE tylko dla p T < 20 GeV/c Wyniki pomiędzy obu eksperymentami zgodne peryferyczne centralne + błedy syst.

21 Więcej na temat „tłumienia dżetów” i innych wyników dt. zderzeń ciężkich jonów przy LHC na seminarium Analizy ciężko-jonowe w CMS: * HIN : produkcja bozonu Z 0 * HIN : tłumienie dżetów (niezbalansowanie pędowe) * HIN : korelacje dwu-hadronowe („ridge”) w centr. PbPb * HIN : pływ eliptyczny - v 2 * HIN : krotność cząstek naładowanych - dN/dɳ * HIN : R AA dla cząstek naładowanych * HIN : R AA dla fotonów * HIN : korelacje dwu-hadronowe („ridge”) dla zderzeń PbPb (różnej centr.) oraz pp * HIN : tłumienie stanów wzbudzonych Upsilon (2S/3S) * HIN : funkcje fragmentacji dżetów * HIN : kwarkonia (J/Psi, Upsilon) * HIN : harmoniczne wyższego rzędu dla pływu - v n * HIN : energia poprzeczna w obszarze do przodu - dE T /dɳ

22 W dniach maja w Annecy (Francja) odbędzie się największa/najważniejsza konferencja dedykowana fizyce zderzeń ciężkich jonów - Quark Matter (QM2011)

23 KONIEC

24 Zderzenia Pb Pb w Parametry zderzenia Nominalnew 2010r. Energia  s NN [TeV] Świetlność L [cm -2 s -1 ]~10 27 do 2.5*10 25 Liczba paczek Czas pomiędzy przecięciami paczek [ns] 99.8 Liczba jonów Pb / paczkę7*10 7 do 1.15*10 8 Od – : stabilna wiązka przez 223h Wzrost energii ~14 x RHIC (Au 197 -Au ±10% Najgorętsza i najgęstsza materia jądrowa wytworzona kiedykolwiek w laboratorium Scałkowana świetlność

25 Trygerowanie na przypadki Pb-Pb minimum bias Przewidywany całkowity przekrój czynny na nieelastyczne (hadronowe) zderzenia wynosi  PbPb =7.65 barn Praktycznie w całym dostępnym kinematycznie obszarze  produkowanych jest od kilku do ~1600 cząstek na jednostkę pseudopospieszności (liczba produkowanych cząstek zależy od centralności zderzenia) W ponad 98% zderzeń, rejestrowane są jednocześnie sygnały po obu stronach punktu oddziaływania w detektorach BSC (Beam Scintillator Counters) a także w HF (Hadronic Forward Calorimeters) Tryger L1: koincydencja sygnałów z BSC, i/lub HF Dodatkowa selekcja przypadków wykonywana „offline” (odrzucenie tła, oddziaływania z gazem…) : -cięcia na zrekonstruowany wierzchołek oddziaływania - ostrzejsze cięcia dla koincydencji HF (większa liczba wież, wyższy próg energetyczny) Dla

26