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 általános tulajdonságai töltött részecskék keletkezése (Npart skálázás) két-részecske korrelációk (ridge effektus, kvarkszám skálázás) A-A ütközésekben kialakult sűrű forró közeg vizsgálata elliptikus folyás, magasabb rendű harmonikusok, viszkozitás jet-keletkezés módosulása, parton energiaveszteség nehéz kvark-antikvark kötött állapotok keletkezése (J/Ψ, Υ) Hideg maganyag és kezdeti állapot vizsgálata p-a ütközésekkel összehasonlítás fotonok, Z és W bozonok (Ncoll skálázás, parton-eloszlásfüggvények) 2
Nehézion-ütközések az LHC-nál Run I 2010 nov. Pb-Pb @ 2,76 TeV 7,2 μb-1 2011 márc. p-p @ 2,76 TeV 231 nb-1 2011 nov. Pb-Pb @ 2,76 TeV 150 μb-1 2013 jan. p-pb @ 5,02 TeV 35 nb-1 2013 febr. p-p @ 2,76 TeV 5,4 pb-1 Run II 2015 nov. Pb-Pb @ 5,02 TeV 404 μb-1 2015 dec. p-p @ 5,02 TeV 25.8 pb-1 2016 nov. p-pb... 3
Z bozonok nehézion-ütközésekben Az elektrogyenge bozonok keletkezését lényegében nem befolyásolja az ütközés során kialakult közeg Elektron és müon párok nem vesznek részt az erős kölcsönhatásban Első közelítésben az elemi nukleon-nukleon ütközések számával (Ncoll) skálázik a hozamuk Referenciaként szolgálnak más, a közegben módosuló folyamatok, pl. jetek mérésénél Proton-ólom ütközések mérésével pontosíthatjuk tudásunkat az atommagok parton-eloszlásfüggvényeiről 4
Müon rekonstrukció Müonokat a belső nyomkövető és a külső müon detektorok kombinált informácója alapján rekonstruálunk 1-2% pt felbontás elérhető 5
Elektron rekonstrukció Elektronokat egy belső nyomhoz tartozó elektromágneses kaloriméterben keletkezett zápor alapján azonosítjuk Kívülről befelé nyomkövetés a fékezési sugárzás figyelembe vételéhez Felbontás 1-2% ET~45 GeV/c elektronokra 6
Ütközések centralitása Elméletileg az ütközés impakt paraméterével definiáljuk a centralitást Kísérletileg a forward (HF) kaloriméterben leadott energia alapján osztályozzuk az eseményeket Glauber-modell szimulációt használunk a mérhető és a számolt mennyiségek összekötésére: <b>, <Npart>, <Ncoll> PRC 84 (2011) 024906 7
Z bozonok analízise Pb-Pb és p-p @ 2,76 TeV JHEP 03 (2015) 022 8
Invariáns tömeg Z bozonok hozama = leptonpárok száma a 60-120 GeV/c2 tartományban Alacsony háttér mindkét csatornában (elektronokra kicsit nagyobb) azonos töltésű párok alapján Centralitásfüggő korrekciók szimulációból JHEP 03 (2015) 022 9
Hozam centralitásfüggése Z bozonok hozamát az elemi nukleon-nukleon ütközések átlagos számával normáljuk minden centralitás osztályban Ez az invariáns hozam a centralitástól függetlennek adódik Megerősíti várakozásainkat a kemény folyamatok skálázási tulajdonságaival kapcsolatban JHEP 03 (2015) 022 10
Nukleáris módosulási faktor Pb-Pb ütközésekben mért hozamot elosztva a p-p hatáskeresztmetszettel RAA RAA < 1 elnyomás RAA = 1 nincs módosulás RAA > 1 többlet Beláttuk, hogy a Z bozonokat nem befolyásolja a forró és sűrű erősen kölcsönható közeg Elektron and müon eredmények megegyeznek JHEP 03 (2015) 022 11
Transzverzális impulzus és rapiditásfüggés Rapiditás és transzverzális impulzus függvényében mért nukleáris módosulási faktor is konzisztens eggyel A lehetséges kezdeti állapoti nukleáris effektusok a mérési bizonytalanságokon belül vannak JHEP 03 (2015) 022 12
Jetek energiavesztesége PRC 84 (2011) 024906 PLB 712 (2012) 176 Cél a közeg transzport tulajdonságainak megértése Jet-párokkal a relatív energiaveszteség mérhető 13
Foton-jet párok Foton nem vesz részt az erős kölcsönhatásban Közvetlen információ a parton energiaveszteségéről Direkt fotonok mellett háttér partonok fragmentációjából PLB 718 (2013) 773 14
Z-jet párok Z bozont sem befolyásolja a közeg és a háttér kicsi DE ritka események CMS-PAS-HIN-15-013 15
Eseményválogatás Elektron és müon triggerelt Pb-Pb és p-p adatok @ 5,02 TeV ptjet Z bozon (70 < mz < 110 GeV/c2, ellentétes töltésű müon/elektron pár) ptz > 60 GeV/c Jet ptjet > 30 GeV/c, ηjet < 1,6 0-30% centrális Pb-Pb ütközések ΔΦJZ ptz CMS-PAS-HIN-15-013 16
Azimutális szögeloszlás Pb-Pb ütközésekben a kombinatorikus hátteret levonjuk ptjet ΔΦJZ ptz A jet iránya nem módosul a közegben CMS-PAS-HIN-15-013 17
Transzverzális impulzus arány ΔΦJZ > ⅞ π Z-jet párok ptjet / ptz arány (xjz) eloszlás kisebb értékek felé tolódik Pb-Pb ütközésekben 0-30% Pb-Pb <xjz> = 0.71±0.04 p-p <xjz> = 0.81±0.02 CMS-PAS-HIN-15-013 18
Z bozonhoz asszociált jetek aránya ΔΦJZ > ⅞ π jetek és Z bozonok számának aránya (RJZ) a ptz függvényében Centrális Pb-Pb ütközésben kevesebbszer találunk jetet a Z bozonhoz, mint p-p ütközésben A partonok a közegben elveszítik energiájukat, és a 30 GeV/c jet rekonstrukciós küszöb alá kerülnek CMS-PAS-HIN-15-013 19
Összefoglalás és kitekintés A Z bozonok hozama az elemi nukleon-nukleon ütközések számával skálázik JHEP 03 (2015) 022 Z-jet események vizsgálatával pontosíthatjuk tudásunkat a partonok energiaveszteségéről a sűrű és forró közegben CMS-PAS-HIN-15-013 Ütközések kezdeti állapota / hideg maganyag vizsgálata proton-atommag ütközésekben: A Z bozon hatáskeresztmetszet (W bozon, jet és hadron adatokkal együtt) pontosítja partonsűrűségek leírását az atommagban PLB 759 (2016) 36 PhD dolgozat: CMS-TS-2016-003 Támogatások: OTKA (NK 81447, K 81614, K 109703) és Swiss National Science Foundation (152601) 20