Studium produkce jetů v experimentu ALICE na urychlovači LHC Vít Kučera1,2 Vedoucí práce: RNDr. Jana Bielčíková2, Ph.D. 1
2
Matematicko-fyzikální fakulta, Univerzita Karlova v Praze
Ústav jaderné fyziky AV ČR, v.v.i.
4. září 2012
Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR)
Studium produkce jetů v ALICE
4. září 2012
1 / 30
Osnova
Srážky těžkých iontů Zkoumání jetů a jejich rekonstrukce Experiment ALICE Použité nástroje ke zkoumání jetů Analýza dat Výsledky analýzy Závěr
Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR)
Studium produkce jetů v ALICE
4. září 2012
2 / 30
Srážky těžkých iontů horké, husté a silně interagující prostředí měření nasvědčují přítomnosti kvarkového-gluonového plazmatu (QGP) QGP: neprozkoumaný stav hmoty, předpovězený QCD QGP v raném vesmíru (. μs po velkém třesku), v neutronových hvězdách?
Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR)
Studium produkce jetů v ALICE
4. září 2012
3 / 30
Zkoumání jetů Tvrdý proces + silná interakce ⇒ partony s vysokou příčnou hybností pT .
Jet v QCD: partony následně vyzářené partonem při tvrdém rozptylu Jet v experimentu: kolimovaná sprška hadronů s vysokou pT
Interakce partonů s prostředím ⇒ Vliv na vznik hadronů ⇒ Změna vlastností jetů (pT , tvar, energie, složení) jaderný modifikační faktor RAA (pT , η, b) =
hard d2 NAA /dpT dη 1 hard /dp dη hNcoll (b)i d2 Npp T
Porovnáním pozorování s modely urči vlastnosti prostředí.
Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR)
Studium produkce jetů v ALICE
4. září 2012
4 / 30
Dřívější výsledky na LHC první pozorování zhášení jetů na LHC
ATLAS. Phys. Rev. Lett. 105 (2010) 252303.
Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR)
Studium produkce jetů v ALICE
4. září 2012
5 / 30
Jetové algoritmy
Hlavním parametrem jetového algoritmu je „poloměr“ R v rovině η-φ. Jeho význam se v různých algoritmech liší. Dalším parametrem je minimální pT drah pTmin . ⇒ omezení pozadí měkkých částic, vliv na spektra jetů Kuželové algoritmy (UA1, SISCone) ◮ ◮ ◮
sdružování částic uvnitř kuželu o poloměru R oprava osy kuželu váženým průměrováním směrů částic uvnitř iterativní hledání stabilního kuželu
Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR)
Studium produkce jetů v ALICE
4. září 2012
6 / 30
Jetové algoritmy Sekvenční rekombinační algoritmy (kt , anti-kt , Cambridge/Aachen) obecné schéma: 2 2p ∆ij dij = min pT 2p , p , ∆2ij = (yi − yj )2 + (φi − φj )2 T i j R2 1 kt (vhodný k určení pozadí) 0 Cambridge/Aachen p= −1 anti-kt (vhodný pro analýzu)
M. Cacciari, G. P. Salam, G. Soyez. JHEP 0804 (2008) 063.
Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR)
Studium produkce jetů v ALICE
4. září 2012
7 / 30
A Large Ion Collider Experiment (ALICE) jeden ze čtyř hlavních experimentů na urychlovači LHC v CERN určen ke zkoumání vlastností horké, husté a silně interagující hmoty (QGP) zaznamenání vysokého počtu částic ve srážce (∼ 103 –104 ) identifikace částic
Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR)
Studium produkce jetů v ALICE
4. září 2012
8 / 30
Experiment ALICE Měření drah nabitých částic Časově projekční komora (TPC): |η| < 0.9, Ne + CO2
Vnitřní dráhový systém (ITS): křemíkové detektory (pixely SPD, drift SDD, stripy SSD) Určení centrality z detektorů V0, určení polohy vrcholu srážky z SPD. účast na sledování SDD v rámci krátkého projektu
Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR)
Studium produkce jetů v ALICE
4. září 2012
9 / 30
Centralita centralita ↔ srážkový parametr b ↔ počet binárních srážek nukleonů Ncoll (Glauberův model) počet vzniklých nabitých částic ↔ signál v detektoru
ALICE arXiv:1012.1657v2 [nucl-ex]
Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR)
Studium produkce jetů v ALICE
4. září 2012
10 / 30
Nástroje analýzy
ROOT v5-30-03 AliRoot v5-02-16-AN — rozšíření ROOT o knihovny pro ALICE, třídy pro analýzu FastJet 2.4.2 — rekonstrukce jetů (SISCone, kt , anti-kt ), výpočet hustoty pozadí AliEn v2-19-1.9 — prostředí pro zadávání „jobů“ na GRID
Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR)
Studium produkce jetů v ALICE
4. září 2012
11 / 30
Analýza Data: Analysis Object Data (AOD), Pb + Pb 2010, √ Ebeam = 2.76 TeV, (Ebeam = 3.5 TeV) sNN = 2 AZPb Pb Výběr srážek („eventů“) interakční vrchol |z| < 10 cm, r < 1 cm centralita 0–80 % (spolehlivé odlišení od pozadí)
◮ ◮
Výběr drah: dráhy určené kombinací měření v TPC a v ITS dráhy se zásahem v alespoň jedné vrstvě SPD, refitované ostatní dráhy upraveny přidáním primárního vertexu
◮ ◮
6
entries
entries
6
× 10 120
× 10
100
100 80 80
Pb + Pb, 2010, sNN = 2.76 TeV
Pb + Pb, 2010, sNN = 2.76 TeV
60
60 40
40
20
20
0 -1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
η
0 0
1
Studium produkce jetů v ALICE
2
3
4
5
6
φ [rad]
4. září 2012
12 / 30
Analýza Rekonstrukce jetů algorithm UA1 SISCone kt kt anti-kt
R 0.4 0.4 0.2, 0.3, 0.4 0.1, 0.5, 0.6 0.2, 0.3, 0.4
pTmin [GeV/c] 0.15, 1, 2 0.15, 1, 2 0.15, 1, 2 0.15 0.15, 1, 2
subtraction method none, area none, scalar none, scalar, 4-vector none, scalar, 4-vector none, scalar, 4-vector
Zvolené rozsahy centralitních binů bin number centrality range [%]
0 0–10
1 10–20
2 20–40
3 40–60
4 60–80
Analýza pozadí algorithm kt kt
Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR)
R 0.4 0.1, 0.2, 0.3, 0.5, 0.6
Studium produkce jetů v ALICE
pTmin [GeV/c] 0.15, 1, 2 0.15
4. září 2012
13 / 30
Analýza Výpočet hustoty příčné hybnosti pozadí ρ pTjet vyjmutí dvou hlavních jetů ρ = median Ajet Odečtení pozadí ◮
skalární metoda: pT corr jet = pTjet − pTbg
pTbg = ρAjet ,
◮
přeškálování hybnosti: pcorr jet = 4-vektorová metoda:
pT corr jet pT jet
Pbg = ρAjet ,
Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR)
pjet Pcorr jet = Pjet − Pbg
Studium produkce jetů v ALICE
4. září 2012
14 / 30
k t, R = 0.4, p min = 0.15 GeV/c
180
104
T
160
100 104
k t, R = 0.4, p min = 1.00 GeV/c T
80
3
140
ρ [GeV/c]
200
ρ [GeV/c]
ρ [GeV/c]
Závislost ρ na centralitě pro různé pTmin
40
104
k t, R = 0.4, p min = 2.00 GeV/c
35
T
30
3
10
10
3
10 120
25
60
100
102
102 80
40
20
102
15
60 10
40
10
20
0 0
10
10
5
20 10
20
30
40
50
60
70
80 90 100 centrality [%]
1
0 0
10
20
30
40
50
60
70
80 90 100 centrality [%]
1
0 0
10
20
30
40
50
60
70
80 90 100 centrality [%]
1
nejvyšší ρ v nejvíce centrálních srážkách šířka rozdělení ↔ fluktuace ↔ nepřesnost omezení pozadí vyšším pTmin
Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR)
Studium produkce jetů v ALICE
4. září 2012
15 / 30
Závislost ρ na R 0-10% R = 0.1
-1
10
R = 0.2 R = 0.3 R = 0.5
-2
10
1 10-20%
10-1
R = 0.1 R = 0.2 R = 0.3
-2
10
R = 0.5
R = 0.6
probability density
probability density
1
probability density
ρref je kt , R = 0.4, pTmin = 0.15 GeV/c
∆ρ = ρ − ρref ,
1 20-40%
10-1
R = 0.1 R = 0.2 R = 0.3
10-2
R = 0.5
R = 0.6
10
10-4
10-4
-3
R = 0.6 -3
10
-3
10
10-4 -5
-5
10
-6
10
-5
10
-6
10
10
-6
10
-60
-40
-20
0
20
40
60 80 ∆ρ [GeV/c]
1 40-60% -1
R = 0.1
10
R = 0.2 R = 0.3
10-2
R = 0.5
-80
probability density
probability density
-80
-60
-40
-20
0
20
60 80 ∆ρ [GeV/c]
1 60-80% -1
R = 0.1
10
10-7 -80
-60
-40
-20
0
20
40
60 80 ∆ρ [GeV/c]
použitelné rozmezí R = 0.2–0.4
R = 0.2 R = 0.3
10-2
R = 0.5
R = 0.6 -3
40
R = 0.6 -3
10
10
10-4
10-4
-5
10
10
-6
10
-5
10-7 -80
10-7 -80
10
-6
-60
-40
-20
0
20
40
60 80 ∆ρ [GeV/c]
Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR)
-60
-40
-20
0
20
40
60 80 ∆ρ [GeV/c]
Studium produkce jetů v ALICE
4. září 2012
16 / 30
Fluktuace pozadí, centralitní závislost odchylka celkové pT částic uvnitř náhodně nasměrovaného kuželu (RC) vůči pT pozadí X δpT = pTi − ρARC i
zákaz překryvu s určitým počtem nejtvrdších jetů ↔ příspěvek do δpT > 0 k t, R = 0.4, p min = 0.15 GeV/c , 20-40%
-1
1 jets bypassed
10
2 jets bypassed
10-2
1
0 jets bypassed
-1
10
1 jets bypassed 2 jets bypassed
10-2 -3
T
probability density
0 jets bypassed
k t, R = 0.4, p min = 0.15 GeV/c , 60-80%
T
T
probability density
probability density
k t, R = 0.4, p min = 0.15 GeV/c , 0-10%
1
1
10
10
10
10-4
10-4
-5
10
-6
10
10
-40
-20
0
20
40
60 80 δ p [GeV/c] T
2 jets bypassed
-3
-4
10
1 jets bypassed
10-2
-3
10
0 jets bypassed
-1
-5
10
10
-6
10
-5
10-7
10-7
-6
-40
-20
0
20
40
60 80 δ p [GeV/c]
-40
-20
0
20
40
T
60 80 δ p [GeV/c] T
největší fluktuace v nejvíce centrálních srážkách požadavek vyššího prahu pTmin výrazně omezuje fluktuace zvyšování parametru R zvyšuje příspěvek pozadí z měkkých částic Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR)
Studium produkce jetů v ALICE
4. září 2012
17 / 30
Srovnání jetových algoritmů Počet jetů na srážku (UA1, SISCone, kt , anti-kt , otevřené symboly: před odečtením pozadí, uzavřené symboly: po odečtení) výrazně odlišné počty nalezených jetů vysoký počet jetů odstraněn při odečtení pozadí
fraction of events
0.14
0-10%
0.12 0.1
0.08 0.06
0.04 0.02 0 0
Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR)
10
20
30
Studium produkce jetů v ALICE
40
50 N jets
4. září 2012
18 / 30
Srovnání jetových algoritmů Spektra pT jetů po odečtení (UA1, SISCone, kt , anti-kt ) R = 0.4, pTmin = 0.15 GeV/c 1 d2N [c/GeV] N ev dp T dη
102 10
0-10% 1
10-1
10-2 -3
10
10-4 -5
10
-6
10
10-7
Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR)
0
20
40
60
80
100
Studium produkce jetů v ALICE
120 140 p T [GeV/c]
4. září 2012
19 / 30
Srovnání jetových algoritmů Spektra pT jetů po odečtení (UA1, SISCone, kt , anti-kt ) pTmin = 0.15 GeV/c: rozdílný tvar spekter 10
0-10% 1
10-1
20-40% 1
10-1
10-2
10-2 10
-4
10-4
-5
10
-6
10
10
-5
10
-6
10
10 10
0
20
40
60
80
100
120 140 p T [GeV/c ]
60-80% 1
-3
-3
10
-4
10
10
10-1
10-2
-3
10
10-7
102
10
1 d2N [c/GeV] N ev dp Tdη
102
1 d2N [c/GeV] N ev dp Tdη
1 d2N [c/GeV] N ev dp Tdη
102
10-7
-5
-6
0
20
40
60
80
100
10-7
120 140 p T [GeV/c ]
0
20
40
60
80
100
120 140 p T [GeV/c ]
pTmin = 2 GeV/c: podobná spektra pro všechny centrality 10
0-10% 1
10-1
20-40% 1
10-1
10-2
10-2 10
-4
10-4
-5
10
-6
10
10
-5
10
-6
10
10 10
0
20
40
60
80
100
120 140 p T [GeV/c ]
Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR)
60-80% 1
-3
-3
10
-4
10
10
10-1
10-2
-3
10
10-7
102
10
1 d2N [c/GeV] N ev dp Tdη
102
1 d2N [c/GeV] N ev dp Tdη
1 d2N [c/GeV] N ev dp Tdη
102
10-7
-5
-6
0
20
40
60
80
100
120 140 p T [GeV/c ]
Studium produkce jetů v ALICE
10-7
0
20
40
60
80
100
120 140 p T [GeV/c ]
4. září 2012
20 / 30
Spektra před odečtením pozadí a po něm anti-kt , R = 0.4 (původní, skalár, 4-vektor, pozadí) pTmin = 0.15 GeV/c: pozadí řádově srovnatelné s původním spektrem 1 d2N [c/GeV] N ev dp Tdη
B0 B1
10
B2
1 B0-B2
10-1
anti- k t , R = 0.4, p min = 0.15 GeV/ c , 20-40% T
102
1 d2N [c/GeV] N ev dp Tdη
T
B0 B1
10
B2
1 B0-B2
10-1
10-2
B2 B0-B2
10-2
-3
-3
10
10
10-4
10-4
10-4
-5
10
-5
10
10
-6
10
-6
10
10-7
10-7
10-7
0
20
40
60
80
100
120 140 p T [GeV/c ]
B0 B1
1
10
10
T
10
10-1
10-2
-3
anti- k t , R = 0.4, p min = 0.15 GeV/ c , 60-80%
102
1 d2N [c/GeV] N ev dp Tdη
anti- k t , R = 0.4, p min = 0.15 GeV/ c , 0-10%
102
-5
-6
0
20
40
60
80
100
120 140 p T [GeV/c ]
0
20
40
60
80
100
120 140 p T [GeV/c ]
pTmin = 2 GeV/c: výrazné omezení příspěvku pozadí 1 d2N [c/GeV] N ev dp Tdη
B0 B1 B2
1 B0-B2
10-1
anti- k t , R = 0.4, p min = 2.00 GeV/ c , 20-40% T
102
1 d2N [c/GeV] N ev dp Tdη
T
10
B0 B1
10
B2
1 B0-B2
10-1
10-2
B2 B0-B2
10-2
-3
-3
10
10
10-4
10-4
10-4
-5
-5
10
10
-6
10
-6
10
10
10-7
0
20
40
60
80
100
120 140 p T [GeV/c ]
10-7
B0 B1
1
10
10
T
10
10-1
10-2
-3
anti- k t , R = 0.4, p min = 2.00 GeV/ c , 60-80%
102
1 d2N [c/GeV] N ev dp Tdη
anti- k t , R = 0.4, p min = 2.00 GeV/ c , 0-10%
102
-5
-6
0
20
40
60
80
100
120 140 p T [GeV/c ]
10-7
0
20
40
60
80
100
120 140 p T [GeV/c ]
téměř identická spektra pro skalární a 4-vektorovou metodu odečtení Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR)
Studium produkce jetů v ALICE
4. září 2012
21 / 30
Závislost spekter na R pro anti-kt pTmin = 0.15 GeV/c: jakoby rozšíření jetů v nejvíce centrálních srážkách anti- k t , p min = 0.15 GeV/ c , 0-10%
1 d2N [c/GeV] N ev dp Tdη
1 d2N [c/GeV] N ev dp Tdη
R = 0.2
1
R = 0.3
-1
10
anti- k t , p min = 0.15 GeV/c, 20-40% T
102
R = 0.4
10
R = 0.4
10 R = 0.2
1
R = 0.3
-1
10
10-2
R = 0.4
10-2
-3
-3
10
10
10-4
10-4
-5
-5
10
10
-6
10
-6
10
10-7
0
20
40
60
80
100
120 140 p T [GeV/c ]
10-7
R = 0.3
-1
10-4
10
R = 0.2
1
10
10
T
10
10
10-2
-3
anti- k t , p min = 0.15 GeV/c, 60-80%
102
1 d2N [c/GeV] N ev dp Tdη
T
102
-5
-6
0
20
40
60
80
100
120 140 p T [GeV/c ]
10-7
0
20
40
60
80
100
120 140 p T [GeV/c ]
pTmin = 2 GeV/c: potlačení jevu při vyloučení měkčích částic anti- k t , p min = 2.00 GeV/ c , 0-10%
1 d2N [c/GeV] N ev dp Tdη
1 d2N [c/GeV] N ev dp Tdη
R = 0.2
1
R = 0.3
10-1
anti- k t , p min = 2.00 GeV/c, 20-40% T
102
R = 0.4
10
R = 0.4
10 R = 0.2
1
R = 0.3
10-1
10-2
R = 0.4
-3
-3
10
10
10-4
10-4
10
-6
10
10
-7
10
-5
10
-6
10
-5
-6
-7
0
20
40
60
80
100
120 140 p T [GeV/c ]
Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR)
10
R = 0.3
10-2
10-4 -5
R = 0.2
1
10
10
T
10
10-1
10-2
-3
anti- k t , p min = 2.00 GeV/c, 60-80%
102
1 d2N [c/GeV] N ev dp Tdη
T
102
0
20
40
60
80
100
120 140 p T [GeV/c ]
Studium produkce jetů v ALICE
10-7
0
20
40
60
80
100
120 140 p T [GeV/c ]
4. září 2012
22 / 30
RCP
podíl spekter v centrálních srážkách (C) vůči spektru v nejvíce periferálních srážkách (P) def
RCP (pT , η, bC , bP ) =
Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR)
hNcoll (bP )i d2 N (pT , η, bC ) /dpT dη hNcoll (bC )i d2 N (pT , η, bP ) /dpT dη
Studium produkce jetů v ALICE
4. září 2012
23 / 30
RCP anti-k t , R = 0.2, p min = 0.15 GeV/c
10
T
0-10%/60-80%
anti-k t , R = 0.3, p min = 0.15 GeV/c
10
T
0-10%/60-80%
10-20%/60-80%
10-20%/60-80%
20-40%/60-80%
20-40%/60-80%
40-60%/60-80%
40-60%/60-80%
1
10-1 20
RCP
RCP
neopravené výsledky, srovnání s výsledky z Hard Probes 2012 (M. Verweij)
1
30
40
50
60
Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR)
70
80 90 p T [GeV/c ]
10-1 20
30
Studium produkce jetů v ALICE
40
50
60
70
80 90 p T [GeV/c ]
4. září 2012
24 / 30
Závěr
rekonstrukce jetů z drah nabitých částic ve srážkách Pb + Pb pomocí kuželových a sekvenčních rekombinačních algoritmů porovnání výstupů algoritmů výpočet hustoty pozadí zkoumání vlastností vypočteného pozadí a jeho fluktuací odečtení příspěvku pozadí v pT jetů zkoumání vlastností spekter rekonstruovaných jetů určení neopravených hodnot RCP
Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR)
Studium produkce jetů v ALICE
4. září 2012
25 / 30
Děkuji za pozornost.
Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR)
Studium produkce jetů v ALICE
4. září 2012
26 / 30
Záloha
Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR)
Studium produkce jetů v ALICE
4. září 2012
27 / 30
Fluktuace pozadí, závislost na pTmin požadavek vyššího prahu pTmin výrazně omezuje fluktuace k t, R = 0.4, p min = 1.00 GeV/c , 0-10%
0 jets bypassed
10-1
1 jets bypassed 2 jets bypassed
10-2 -3
10
0 jets bypassed
10-1
1 jets bypassed 2 jets bypassed
10-2
10
10
-6
10-4
-5
10
-5
-6
-20
0
20
40
60 80 δ p [GeV/c] T
Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR)
2 jets bypassed
-3
-6
10 -40
1 jets bypassed
10-2
10
10
10
0 jets bypassed
10-1
-4
10
-5
T
1
-3
10
-4
k t, R = 0.4, p min = 2.00 GeV/c , 0-10%
T
1
probability density
T
probability density
probability density
k t, R = 0.4, p min = 0.15 GeV/c , 0-10%
1
10 -40
-20
0
20
40
60 80 δ p [GeV/c] T
Studium produkce jetů v ALICE
-40
-20
0
20
40
60 80 δ p [GeV/c] T
4. září 2012
28 / 30
Fluktuace pozadí, závislost na R
zvyšování parametru R zvyšuje příspěvek pozadí z měkkých částic k t, R = 0.3, p min = 0.15 GeV/c , 0-10%
0 jets bypassed
-1
1 jets bypassed
10
2 jets bypassed
10-2 -3
k t, R = 0.4, p min = 0.15 GeV/c , 0-10%
T
1
0 jets bypassed
-1
1 jets bypassed
10
2 jets bypassed
10-2 -3
probability density
T
probability density
probability density
k t, R = 0.2, p min = 0.15 GeV/c , 0-10%
1
-3
10
10-4
10-4
-5
10
-6
-5
10
10
10
-6
10 -40
-20
0
20
40
60 80 δ p [GeV/c] T
Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR)
2 jets bypassed
10-2
10
-6
1 jets bypassed
10
10-4 -5
0 jets bypassed
-1
10
10
T
1
-40
-20
0
20
40
60 80 δ p [GeV/c] T
Studium produkce jetů v ALICE
-40
-20
0
20
40
60 80 δ p [GeV/c] T
4. září 2012
29 / 30
Srovnání jetových algoritmů Počet jetů na srážku (R = 0.4, různé pTmin , UA1, SISCone, kt , anti-kt ) pTmin = 0.15 GeV/c
pTmin = 1 GeV/c
0-10%
0.12 0.1
0.14
fraction of events
0.14
fraction of events
fraction of events
0.14
pTmin = 2 GeV/c
0-10%
0.12 0.1
0.1
0.08
0.08
0.08
0.06
0.06
0.06
0.04
0.04
0.04
0.02
0.02
0.02
0 0
10
20
30
40
Vít Kučera (MFF UK, ÚJF AV ČR)
50 N jets
0 0
10
20
30
40
Studium produkce jetů v ALICE
50 N jets
0-10%
0.12
0 0
10
20
30
40
4. září 2012
50 N jets
30 / 30
