Részecske korrelációk kísérleti mérése Englert Dávid

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Részecske korrelációk kísérleti mérése Englert Dávid"

Nóra Bogdán
5 évvel ezelőtt
Látták:

1 Részecske korrelációk kísérleti mérése Englert Dávid ELTE szeminárium december 11.

Motiváció nehézion ütközések, vn anizotrópia paraméter Koordináta térben lévő anizotrópia az azimuthális szögben z Impulzus térben lévő anizotrópia reakció sík mandula

kísérletileg az eseménysíkkal közelítunk.

2 Motiváció nehézion ütközések, vn anizotrópia paraméter Koordináta térben lévő anizotrópia az azimuthális szögben z Impulzus térben lévő anizotrópia reakció sík mandula formájú tűzgolyó Részecskék azimuth szög szerinti eloszlása felbontható: k A két ütköző iont összekötő egyenes és a haladás iránya kijelöli a reakciósíkot, amit kísérletileg az eseménysíkkal közelítunk. [ dn a v n cos(n (Φ Ψ n)) dφ n=1 vn - anizotrópia együttható (modellfüggetlen) Effektusok amelyek a mért anizotrópia paraméter értékét módosíthatják: Ütközési geometriai eredetű (mandula) folyás kezdeti állapot fluktuációi jet és dijet események Egyéb nem folyásból rezonanciák adódó effektus egyéb korrelációk 2 ]

Motiváció fluktuációk (non-flow) [ k dn a0 1+ 2 v

3 Motiváció fluktuációk (non-flow) [ k dn a v n cos(n (Φ Ψ n)) dφ n=1 ] PRL 108, (2012) 3

4 Motiváció részecske típusfüggés Alacsony pt Tömeg szerinti rendeződés Közepes pt Barion/mezon rendeződés (Kvark szám skálázás) 4

5 Motiváció kvark szám skálázás Kvark szám skálázás partonikus szabadság fokok nq -val való skálázás RHIC Au+Au snn = 200 GeV 5

Motiváció részecskeazonosítás Pb-Pb-ben a hidrodinamika jól leírja v2 pt függését PbPb - Tömegrendezési effektus alacsony pt-nél ppb-ben hasonló jelleg mint PbPb-ben!

6 Motiváció részecskeazonosítás Pb-Pb-ben a hidrodinamika jól leírja v2 pt függését PbPb - Tömegrendezési effektus alacsony pt-nél ppb-ben hasonló jelleg mint PbPb-ben! Φ(1020) tulajdonságai: kvark tartalom: ss ppb m = GeV/c2 Γ = 4.43 GeV/c2 bomlási módok: primordiális hányad kis hadronikus hatáskeresztmetszet élettartam Englert Dávid ELTE szeminárium, október 16. ritkaság többlet barionokhoz hasonló nagyságrendű tömeg, ám csak 2 kvarkot tartalmaz hadronikus* és leptonikus ~ 100 % rendszerből való korai kifagyás, információ a partonikus fázisról 45 fm / c

vn anizotrópia együttható kinyerésére használt módszerek Eseménysík módszer inf 1 dn 1+ 2

szögeloszlása alapján Eseménysík szöge Kétrészecske Δη-ΔΦ korrelációs módszer inf 1 dn

keresztül VnΔ (pttrig,ptassoc) = v2(pttrig)v2(ptassoc) Sokrészecske korrelációk:

7 vn anizotrópia együttható kinyerésére használt módszerek Eseménysík módszer inf 1 dn 1+ 2 v n cos [n(φ Ψ)] N dφ n=1 ΨEP- Eseménysík meghatározása a HF-ban leadott energia szögeloszlása alapján Eseménysík szöge Kétrészecske Δη-ΔΦ korrelációs módszer inf 1 dn pair 1+2 V n Δ cos (n Δ Φ) N trig d Δ Φ n =1 v2(pttrig) paraméter kinyerése faktorizáción keresztül VnΔ (pttrig,ptassoc) = v2(pttrig)v2(ptassoc) Sokrészecske korrelációk: Sokrészecske kumulánsok és LYZ módszer Az anizotrópia együtthatókat kumuláns kifejtés együtthatóiból kaphatjuk meg 7

centralitás meghatározása) ECAL (semleges π0 részecskék

8 Detektor s Elliptikus folyás vizsgálatához használt detektor komponensek: Tracker Δη < 5 (töltött hadronok) HF (eseménysík és a centralitás meghatározása) ECAL (semleges π0 részecskék rekonstrukciója) Azimuthális szögbeli (φ) lefedettség pszeudorapiditásban is nagy akceptancia 8

használt egyik módszer Pszeudorapiditás η = - ln[tan(θ/2)] θ polár szög Φ azimuth

9 Kétrészecske korrelációs módszer Az ütközésben létrehozott anyag és részecske keltési folyamat geometriáját tudjuk vizsgálni A v2 paraméter kinyerésére használt egyik módszer Pszeudorapiditás η = - ln[tan(θ/2)] θ polár szög Φ azimuth szög Kétrészecske korrelációs analízis p-pb ütközési esemény a CMS-ben Korrelációs függvény 9

részecske - társított részecske Kevert es.

10 Kétrészecske korrelációs analízis lépései A esemény Azonos es. párok B esemény S(Δη, ΔΦ) jel függvény. A részecskepár mindkét tagját ugyanabból az eseményből választjuk A trigger és társított részecskéket pt szerint választjuk - trigger részecske - társított részecske Kevert es. párok B(Δη, ΔΦ) háttér függvény eseménykeverésből 2D Korrelációs függvény: (trigger részecskék számával normált hozam) B (0,0) S ( Δ η, Δ Φ) B( Δ η, Δ Φ) B (0,0) B( Δ η, Δ Φ) faktor a véletlenszerű kombinatorikus hátteret és a részecskepár 10 választási akceptanciát veszi figyelembe

11 Kétrészecske korrelációs függvény tartományai Távoli gerinc (széles Δη, ΔΦ ~ π) Források: - impulzus megmaradás trigger részecske - dijet (back-to-back) - elliptikus folyás társ részecske back-to-back jet Közeli csúcs (Δη ~ 0, ΔΦ ~ 0) források: - jetek - rezonanciák trigger részecske Közeli gerinc (széles Δη, ΔΦ ~ 0) források: - elliptikus folyás - sokrészecske kölcsönhatás társ részecske Ugyanabból a jetből jövő részecskék 11

Kétrészecske korrelációs függvény tartományai Domináns a következő tartományban: alacsony multiplicitás alacsony p T Klaszter gerinc (Δη ~ 0, széles

12 Kétrészecske korrelációs függvény tartományai Domináns a következő tartományban: alacsony multiplicitás alacsony p T Klaszter gerinc (Δη ~ 0, széles ΔΦ tartomány) források: - részecske klaszterek Gerinc magassága ~ klaszterben lévő részecskék száma Gerinc szélessége ~ klaszter bomlási szélesség 12

13 Hasonlóságok különböző ütközési rendszerekben. Multiplicitás p-p Pb - Pb p - Pb Különböző rendszerek, közös tulajdonságok nagy multiplicitáson: - ridge megjelenése - v2 anizotrópia együttható pt függése, Multiplicity Ntrk,off Number of offline tracks with selections 0.4 GeV/c < pt, η < 2.4 QCD ridge? QCD ridge? QCD ridge? 13

14 Nehézion ütközések időbeli lefolyása Incoming and outgoing nuclei are colored as blue, baryons as light blue and mesons as gray, and the medium (quark gluon plasma) as red. At a time of 40 fm/c, the display is zoomed out in steps eventually zoomed to x0.01, and the time interval is changed to from 0.1 fm/c to 10 fm/c to see how the particle's spatial distributions look at later times. 14

15 Kétrészecske korrelációk pszeudorpaiditás gap 1 ( y a y b ) 2 τ τ freezeout e 15

16 Kétrészecske korrelációk - azimuthális korreláció Cél: flow-ből eredő v2 paraméter kinyerése 2 < Δη < 4 tartományban Δη mentén való levetítés, jet és rezonancia járulékok eltávolítása Azimuthális korrelációs függvény 0 π V2,Δ Fourier komponensek egyrészecske együttható Fourier fit [ k a 0 1 V n cos n n=1 ] Faktorizáció Két részecske anizotrópia együttható V2Δ = v2,a v2,b v2 elliptikus együttható a és b típusú részecske anizotrópia együtthatói 16

17 Hogyan mérjük a v2,φ(1020) -t Az egyrészecske elliptikus anizotrópia együttható (v2) meghatárzásához több lépés szükséges: 1. lépés: Az ellentétes töltésű kaon jelölt trackekből hozzuk létre az invariáns spektrumot, és válasszunk ki a csúcsot tartalmazó tömegablakot. Mivel a csúcsot tartalmazó tömegablak jelentős hátterel rendelkezik ennek v2-be adott járulékét később figyelembe kell venni. Φ(1020) kandidátus ablak 2Γ oldalablakok Φ(1020) főbb bomlás módjai: Φ(1020) K+ + K- (48.9 %) Φ(1020) K0L + K0S (34.2 %) Φ(1020) azonosítása töltött leánytrackeken keresztül. 2. lépés: válasszuk ki a tömeg és oldalablakokat, és mérjük meg a kandidátus hadron és oldalablak hadron kétrészecske V2Δ-t 3. lépés: Fejezzük ki a kétrészecske V2Δ együtthatót a Φ(1020) hadron a párokra 4. lépés: A kétrészecske V2Δ -t az egyérszecske v2,hadron -val elosztva megkapjuk a végeredményt, azaz v2,φ(1020) -t 17

18 v2 két-részecske korreláció V2,s-h Φ(1020) Cand. SB Töltött hadronok SB bkgr V2,c-h 18

19 Φ(1020) mezon kandidátus hadron korreláció Φ(1020) mezonok háttér Töltött hadronok trigger részecskék társított részecskék Φ(1020) kandidátus = Φ(1020) + háttér a0 [1 + 2 V1(Φ-h) cos(δφ) + 2 V2(Φ-h) cos (2Δφ) + 2 V3(Φ-h) cos (3Δφ) ] + b0 [1 + 2 V1(b-h) cos(δφ) + 2 V2(b-h) cos (2Δφ) + 2 V3(b-h) cos (3Δφ) ] Φ(1020) hadron háttér hadron = (a0 + b0) [ [ ( a0 V1(Φ-h) + b0 V1(b-h) ) / (a0 + b0) ] cos( Δφ ) + 2 [ ( a0 V2(Φ-h) + b0 V2(b-h) ) / (a0 + b0) ] cos(2δφ) + 2 [ ( a0 V2(Φ-h) + b0 V2(b-h) ) / (a0 + b0) ] cos(3δφ) ] Vn,candidate - hadron Fourier együttható. Ez az a mennyiség amit kísérletileg is mérni tudunk. 19

20 Φ(1020) mezon kandidátus hadron korreláció Vn,candidate - hadron = ( a0 Vn(Φ-hadron) + b0 Vn(bkgr-hhadron) ) / (a0 + b0) Kétrészecskés, Φ(1020) - hadron korrelációs együttható: Vn(Φ-hadron) = Vn,candidate hadron (a0 + b0)/a0 - Vn(bkgr-hadron) (b0/a0) Vn(Φ-hadron) bizonytalansága: Bizonytalanság forrásai: ΔVn,candidate hadron (Fourier fit) Δvn(bkgr-hadron) (Fourier fit) Δa0 (hozam) meghatározása 20

21 de/dx részecskeazonosítás Részecskeazonosítás: A Φ(1020) rekonstrukcióhoz kiválasztott trackhalmaz kaon trackekkel való relatív gazdagítása (hangsúly nem feltétlen a tisztaságon van, hanem a protonok és pionok megfelelő kivágásán) felső BB görbe alsó BB görbe BB görbe: 2 de m = K 2 +C dx p Függőleges metszet p [ ] GeV/c π Átfedés!! K ezzel veszítünk sok kaont alsó BB görbe p felső BB görbe p [GeV/c] 21

22 de/dx PID optimization minv(k+k-) spektrumok részecskeazonosítással és anélkül 0.5 millió eseményből válogatott spektrumok Φ(1020) spectrum, with de/dx PID Breit-Wigner fit Hozam = 31 k S/B = 0.02 pt bin [ ] GeV/c Hozam = 8.5 k S/B =

23 de/dx részecskeazonosítás hatásfoka a jelenlegi de/dx részecskeazonosítással sok kaont is eltávolítunk, így az eredő Φ(1020) hozam csökken, viszont ezért cserébe sokkal jobb jel/háttér arányt kapunk. az alsó BB görbe felelős több kaon kivágásáért, de egyben pionokat is nagy hatásfokkal eltávolítja! 23

24 Φ(1020) kanditátus hadron azimuthális korreláció 0.5 millió esemény PID-val PID nélkül ± V2 Nagy statisztika ± Kis statisztika pt [ ] Ez csak egy köztes lépés! 24

25 de/dx részecskeazonosítás optimalizálási kérdések Cél: Kis statisztikus és szisztematikus bizonytalansággal rendelkező végeredmény azaz v2 bizonytalanságának Φ(1020) minimalizálása. Laza PID kritériumok Több pár nagyobb statisztika kicsi V2Δ bizonytalanság rossz sig/bkgr arány Szigorú PID kritériumok Kevesebb pár kevesebb statisztika nagy V2Δ bizonytalanság jobb sig/bkgr arány Hol található az optimum? 25

26 Konklúzió Nehézion ütközések, folyás, vn paraméter Részecske korrelációk általános tárgyalása - fizikai tartományok - mint v2 kinyeresére alkalmas módszer Ridge effektus Példa Φ(1020) mezonnal 26

Hasonló dokumentumok

Z bozonok az LHC nehézion programjában

Z bozonok az LHC nehézion programjában Zsigmond Anna Julia MTA Wigner FK Max Planck Institut für Physik Fizikus Vándorgyűlés Szeged, 2016 augusztus 24-27. Nehézion-ütközések az LHC-nál A-A és p-a ütközések