Raport stiintific [617126]

Raport stiintific
privind implementarea proiectului in perioada octombrie – decembrie 2011
1.Motivatie
Spectrele de impuls transversal ale particulelor incarcate identificate in ciocniri pp au fost studiate ca
functie de energia incidenta sub 900 GeV la CERN SppS si pana la 1800 GeV la Tevatronul
Fermilab. In timp ce colaborarea UA5 a raportat, incepand de la 200 GeV, o crestere a <pt> al
kaonilor in regiunea centrala mai mare decat cea bazata pe date ISR, Colaborarea E375 a
evidentiat o panta dependenta de masa a <pt> ca functie de energia in c.m. de la 300 la 1800 GeV.
Aceste tendinte care deviaza semnificativ de la asteptarile bazate pe extrapolarea de la energii mai
joase masurate la ISR si nu pot fi explicate de modele bazate pe echilibru termic.
Colaborarea CDF a evidentiat ca ciocnirile partonice duble si triple incep sa fie semnificative si ca
sectiunea lor pare sa creasca linira cu lns, unde s este energia in centru de masa al sistemului care
se ciocneste. La aproape de patru ori energii incidente mai mari asa cum este energia de & TeV in
ciocniri pp, astfel de procese contribuie la un transfer mare de energie in volumul de ciocnire de
marimea protonului. Aceasta piesa de materie, probabil deconfinata, poate exploda daca se produce
suficienta energie inauntrul ei. Distributiile de impuls transvers in evenimente cu izotropie azimutala
pot fi studiate pentru a pune in evidenta astfel de procese colective. Dar studiul lor este puternic
conditionat de corectiile detaliate care trebuie facute pentru a obtine spectre complete (taiere cat
mai mica la pt mic, domeniu mare la pt mare) de particule primare, adica spectre care sa nu fie
impurificate prin prezenta particulelor provenite din alte procese, de exemplu, dezintegrarea slaba a
particulelor cu stranietate.
2.Detectorul ALICE
Detectorul ALICE consta dintr-un detector central (|η| < 0.9) care acopera intregul azimut, unde sunt
masurati hadronii, electronii si fotonii si un brat muonic inainte (2.4 <η < 4). Se defineste sistemul de
referinta ALICE global: axa z paralela cu directia fasciculului si cu varful spre bratul muonic, axele x
si y in planul transvers la directia fasciculului. Detectorul central e montat intr-un magnet solenoidal
mare cu un camp slab < 0.5 T, paralel cu z, si consta din sistemul interior de tracking (ITS) cu sase
starturi de detectori de siliciu de mare rezolutie, camera cu proiectie de timp cilindrica (TPC), un
detector de radiatie de tranzitie (TRD) pentru identificarea electronilor, un detector de timp de zbor
(TOF), un detector Cherenkov cu imagine inel la distanta mare pentru identificarea particulelor cu
impuls mare (HMPID) si un calorimetru electromagnetic cu un singur brat din cristale de densitate
mare (PHOS). Aranjamentul este completat de un detector in fata de contorizat fotoni (PMD) si un
detector de multiplicitate care acopera regiunea de rapiditatea inainte si care impreuna cu ITS
permite masurarea de multiplicitate de particule incarcate in domeniul −3.4 < η < 5.1. Un sistem de
scintilatori (V0) si contori cu cuart (T0) furnizeaza semnalele de trigerare rapide. Centralitatea
ciocnirii se determina masurand energia (si astfel numarul) nucleonilor spectator, care apar in afara

regiunii de suprapunere a celor doua nuclee care se ciocnesc si continua sa se propage de-a lungul
directiei fasciculului cu ajutorul detectorilor ZDC.
Desi este un detector dedicat experimentelor cu ioni grei, detectorul ALICE este folosit si pentru
ciocniri pp, in scopul obtinerii unei referinte pentru datele de ioni grei, dar nu numai, deoarece se
pot aborda si studii interesante prin originalitatea lor, asa cum este cel mentionat mai sus.
3. Vertex-ul primar, vertex secundar si selectia de urme a particulelor.
In cazul a doua bunch-uri de particule care se intersecteaza, particulele care le constituie vor fi
distribuite dupa gaussiene in cele trei directii perpendiculare. Regiunea de interactie este definita ca
fiind convolutia celor doua distributii de particule in cele doua bunch-uri care se intersecteaza:
vertex-ul de interactie este intr-un diamant cu dimensiunile date de dispersiile bunch-urilor pe cele
trei directii divizat la √2. Dispersiile sunt proportionale cu radicalul din produsul emitantei (un
parametru de calitatea a fasciculului) cu valoarea functiei de amplitudine la punctul de interactie care
e determinata de configuratia magnetilor acceleratorului. Pe directia z a fasciculului dispersia este
de 7.5 cm de unde marimea vertexului este de 5.3 cm. Din motive de limitare a evenimentelor de
pile-up in TPC si SDD la Alice, luminozitatea trebuie redusa. Aceasta se poate face fie deplasand
cele doua fascicule in planul transversal pentru a produce o ciocnire intre cozile distributiilor de
particule, fie crescand valoarea amplitudinii de interactie. In cazul acestei ultime optiuni marimea
vertex-ului pe directiile x si y poate ajunge la 150 m. Pentru identificarea particulellor detectate este
necesara in primul rand aflarea pozitiei vertex-ului primar in care a avut loc intercatia proton-proton.
Reconstructia in trei dimensiuni a pozitiei vetrex-ului primar se face in doi pasi: se estimeaza initial
pozitia sa folosind perechi de track-uri obtinute din primele doua staturi ale ITS. Apoi track-urile
reconstruite in ITS si TPC sunt propagate catre pozitia estimata initial si estimarea optima a pozitie
vertex-ului se obtine printr-un algoritm de fit. In acest pas se aplica o taiere asupra contributiei
maxime la chi2 total pentru a indeparta track-urile secundare din fit. Evenimentele sunt acceptate
daca vertex-ul primar este la o anumita distanta de centrul geometric al aparatului, distanta
conditionata de marimea diamantului de interactie al LHC.
Urmele sunt rejectate pe baza distantei de apropiere maxima (DCA) fata de vertex-ul reconstruit al
evenimentului. Taierea este implementata ca functie de impusul transvers pentru ca sa corespunda
la aproximativ sapte (cinci) deviatii standard in coordonata transversala (longitudinala), luand in
considerare dependenta de impulsul transversal a rezolutiei parametrului de impact. Aceste criterii
de selectie sunt potrivite pentru a selecta particulele incarcate primare cu eficienta maxima in timp
ce se minimizeaza contributiile de la dezintegrarile slabe, conversii si interactii hadronice secundare
in materialul detectorului.
Vertex-urile secundare sunt semnatura dezintegrarilor (slabe) ale particulelor care contin stranietate,
charm sau beauty. Constrangerea cea mai efectiva asupra acestor particule este prezenta uneia sau
mai multor track-uri case sunt deplasate de la vertex-ul de interactie (primar). Cunoasterea pozitiei
vertex-ului secundar permite reconstructia completa a momentului particulei care s-a dezintegrat.
Pentru o pereche data de track-uri de semn opus vertex-ul secundar e reconstruit minimizand

distanta in spatiu intre cele doua arce care reprezinta track-urile. Odata ce „segmentul minim” intre
track-uri este gasit, pozitia vertex-ului pe acest segment se defineste tinand cont de preciziile in
pozitie diferite pentru cele doua track-uri.
4.Estimarea ponderii particulelor secundare in spectrele de date experimentale
In studiile efectuate suntem interesati de particulele primare pioni, kaoni si protoni care apar ca
urmare a proceselor fizice de interes. Desi in cadrul analizei, se elimina prin taierea impusa asupra
distantei de minima apropiere a track-urilor, contributiile de la procese secundare care alimenteaza
si impurifica spectrele particulelor studiate, totusi prezenta acestora nu poate fi complet inlaturata.
Pentru particulele care provin din interactia cu materialul si particulele care se dezintegreaza slab si
au o lungime de dezintegrare de ordinul cm cum ar fi: K0S, L, X si O eliminarea contributiei lor se
poate face experimental. Pentru dezintegrarea tare a rezonantelor cu timp de viata mult mai mic,
acest lucru nu se paote face decat pe baza unor ipoteze de model. Descriem pe scurt procedura in
primul caz. Distanta de apropiere maxima a track-urilor pentru selectia de particule incarcate,
respectiv pioni, kaoni,protoni identificati, se mareste pe directia xy pana la o distanta mai mare decat
lungimea de dezintegrare proprie particulelor cu stanietate care alimenteaza in principal pionii si
protonii. Se obtin distributiile de particule pentru particulele primare, cele care provin din interactia cu
materialul si cele care provin din dezintegrarile slabe din datele simulate Monte Carlo cu modelul
PYTHIA. Distributiile din acest model sunt corecte dar productivitatea nu este in acord cu datele
experimentale. Aceste distributii se potrivesc pe distributiile experimentale obtinute in acelasi mod,
care contin toate aceste componente, gasindu-se factorii de normare pentru fiecare distributie in
parte. Odata stabiliti factorii de normare se obtine proportia din date pe care o reprezinta contributia
materialului si dezintegrarilor slabe (respectiv particulele primare) pentru cazul in care se reintroduce
selectia dupa distanta de maxima apropiere a track-urilor folosita in analiza datelor experimentale:
In acest mod se obtine dependenta proportiei material+dezintegrari slabe (respectiv particule
primare) de impulsul transversal al particulei. Aceasta distributie se potriveste cu o functie (in acest
caz exponentiala+polinom de gradul I) pentru a gasi niste valori care variaza neted (Fig. 1).
Apoi corectia obtinuta se aplica spectrelor experimentale de particule pentru a obtine spectrele de
particule primare definite in analiza Alice. In cadrul acestei etape s-au obtinut corectiile de material si
dezintegrari slabe pentru spectrele de particule incarcate, pioni, kaoni si protoni obtinute pentru
datele la „minimum bias”. Corectiile scad cu cresterea impulsului transversal. La impulsuri
transversale mici corectia este la nivel de ~6% pentru pioni, sub ~1% pentru kaoni si ajung si pana
la ~ 25 % pentru protoni. Pentru particule incarcate ele sunt usor peste 6 % si sunt in concordanta
ca forma si marime cu acelea obtinute pentru pioni, ceea ce este de asteptat avand in vedere faptul
ca acesta reprezinta cam 85 % din ponderea particulelor incarcate. Procedura a fost dezvoltata sub
mediul root.

Fig. 1
Fig. 2
1.5. Rezultate si concluzii
In vederea obtinerii de distributii de impuls transversal primare pentru particule incarcarcate si pioni,
kaoni, protoni, identificate in cadrul ciocnirilor proton proton la 7 TeV studiate in experimentul ALICE,
s-a pus la punct o procedura de extragere a contributiilor secundare care provin din interactia cu
materialul detectorului si din dezintegrarile slabe in datele experimentale. Ponderea acestei
impurificari in distributiile experimentale este destul de importanta, mai ales in cazul protonilor.
Aceste corectii sunt absolut necesare pentru obtinerea de date primare care provin din procesele
fizice de interes pentru studiile din cadrul acestui proiect.

Lucrari publicate de catre Colaborarea Alice:
– Rapidity and transverse momentum dependence of inclusive J/psi production in pp collisions at sqrt(s)=7
TeV, B704 (2011) 442-455. F=3.62428/2010
– K0S and Λ production in Pb–Pb collisions with the ALICE experiment, Nuclear Physics J. Phys.
G:Nucl.Part.Phys. 38 (2011), pag. 124078,
– Measurement of π, K, p transverse momentum spectra with ALICE in proton–proton collisions at
√s = 0.9 and 7 TeV, Nuclear Physics J. Phys. G:Nucl.Part.Phys. 38 (2011), pag. 124074,
– Identified particles in pp and Pb–Pb collisions at LHC energies with the ALICE detector, Nuclear
Physics J. Phys. G:Nucl.Part.Phys. 38 (2011), pag. 124025,
– Particle identification in the ALICE experiment, Nuclear Physics J. Phys. G:Nucl.Part.Phys. 38
(2011), pag. 124073,
– Charged particle production at large transverse momentum in Pb–Pb collisions at √sNN = 2.76
TeV measured with ALICE at the LHC, Nuclear Physics J. Phys. G:Nucl.Part.Phys. 38 (2011), pag.
124112,
– Cross-section normalization in proton–proton collisions at √s = 2.76 and 7 TeV, with ALICE at the
LHC, Nuclear Physics J. Phys. G:Nucl.Part.Phys. 38 (2011), pag. 124131,
– Resonance measurements in pp collisions with the ALICE detector and prospects for Pb–Pb,
Nuclear Physics J. Phys. G:Nucl.Part.Phys. 38 (2011), pag. 124077,
– ALICE results from the first Pb–Pb run at the CERN LHC, Nuclear Physics J. Phys.
G:Nucl.Part.Phys. 38 (2011), pag. 124003. F=1/2010
Lista de autori de data la pag. 129801.

Director proiect,
Prof. Dr. Mihai Petrovici
______________