Részecske korrelációk kísérleti mérése Englert Dávid ELTE szeminárium 2014. december 11.
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 a0 1+ 2 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 n cos(n (Φ Ψ n)) dφ n=1 ] PRL 108, 252301 (2012) 3
Motiváció részecske típusfüggés Alacsony pt Tömeg szerinti rendeződés Közepes pt Barion/mezon rendeződés (Kvark szám skálázás) 4
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! Φ(1020) tulajdonságai: kvark tartalom: ss ppb m = 1.019 GeV/c2 Γ = 4.43 GeV/c2 bomlási módok: primordiális hányad kis hadronikus hatáskeresztmetszet élettartam Englert Dávid ELTE szeminárium, 2014. 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 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
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
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
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
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 ΔΦ tartomány) források: - részecske klaszterek Gerinc magassága ~ klaszterben lévő részecskék száma Gerinc szélessége ~ klaszter bomlási szélesség 12
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
Nehézion ütközések időbeli lefolyása http://na49info.web.cern.ch/na49info/public/press/pictures/na49.gif 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. http://www.bnl.gov/phobos/animations/index.htm 14
Kétrészecske korrelációk pszeudorpaiditás gap 1 ( y a y b ) 2 τ τ freezeout e 15
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
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
v2 két-részecske korreláció V2,s-h Φ(1020) Cand. SB Töltött hadronok SB bkgr V2,c-h 18
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) [ 1 + 2 [ ( 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
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
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 [0.60 0.62] GeV/c π Átfedés!! K ezzel veszítünk sok kaont alsó BB görbe p felső BB görbe p [GeV/c] 21
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 [1.4 1.6] GeV/c Hozam = 8.5 k S/B = 0.22 22
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
Φ(1020) kanditátus hadron azimuthális korreláció 0.5 millió esemény PID-val PID nélkül 0.01316 ± 0.0002 V2 Nagy statisztika 0.0111 ± 0.003 Kis statisztika pt [1.4-1.6] Ez csak egy köztes lépés! 24
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
Konklúzió Nehézion ütközések, folyás, vn paraméter Részecske korrelációk általános tárgyalása - fizikai tartományok - mint v2 kinyeresére alkalmas módszer Ridge effektus Példa Φ(1020) mezonnal 26