RST – Raport Științific și Tehnic in extenso

1. Cuprins

2. Obiective generale

3. Obiectivele fazei de execuție

4. Rezumatul fazei

5. Descrierea științifica și tehnica

5.1 Caracterizarea datelor analizate

5.2 Raport și rezultate Activitate II.1

5.3 Raport și rezultate Activitate II.2

5.4 Raport și rezultate Activitate II.3

5.5 Raport și rezultate Activitate II.4

5.6 Raport și rezultate Activitate II.5

5.7 Raport și rezultate Activitate II.6

6. Concluzii

2. Obiective generale

Obiectivul general al proiectului consta in analiza detaliata a structurii jeturilor principale in

eveniment si distributia in energie si continut hadronic (particule – rezultat al hadronizarii jerbelor

partonice).

Proiectul se imparte in 3 obiective principale :

O1 : Studiul si caracterizarea ciocnirilor proton-proton la 0,9 TeV.

O2 : Studiul si caracterizarea ciocnirilor proton-proton la 2,76 si 7 TeV si compararea datelor la cele 3

energii.

O3 : Studiul si caracterizarea ciocnirilor Pb-Pb la 2,76 TeV si comparatia cu datele p-p de referinta.

In cadrul acesor studii se vor face comparatii cu rezultatele prezise de programe ca Pythia (diverse

particularizari) si Phojet. Se va cauta punerea in evidenta a diferentelor intre teorie si experiment si se va

urmari caracterizarea proprietatilor materiei QCD, atat in ciocnirile p-p cat si Pb-Pb la energiile indicate.

Prin studiul ciocnirilor p-p, ce se vor constitui ca date de referinta pentru studiile Pb-Pb, se vor putea

trage concluzii privind pierderea de energie a partonilor in mediul QCD si modul de dezvoltare a jerbelor

partonice.

3. Obiectivele fazei de execuție

Titlul fazei : Studiul structurii jeturilor (principale) în ciocnirile proton-proton la 2.76 si 7 TeV si

comparația cu diverse rezultate ale unor simulatoare Monte Carlo și studiul evenimentului de fond

(underlying event) în ciocnirile proton-proton la 2.76 și 7 TeV

O2 : Studiul si caracterizarea ciocnirilor proton-proton la 2,76 și 7 TeV și compararea datelor la cele 2

energii.

4. Rezumatul fazei

In cadrul acestei faze au fost analizate date ale ciocnirilor proton-proton la 2.76 si 7 TeV.

Au fost urmarite activitatile de studiu ale structurii jeturilor leading (principale), studiul

distributiei energiei partonului principal prin hadronizare, studiul functiei de fragmentare; dependenta de

energie a ciocnirii si variatia cu proprietatile jetului principal, compararea analizelor la cele 2 energii si

studiul scalarii cu energia, distribuția energiei și multiplicității în structura evenimentului si comparații cu

datele Monte-Carlo.

Au fost investigate:

Dependenta multiplicitatii Leading Jetului (LJ – jetului principal) de pT

Distributia azimutala a multiplicitatii in jurul jetului principal

Distributia azimutala de pT in jurul jetului principal

Distributia distantei particulelor fata de axa jetului (in scara logartimica)

Distributia distantei particulelor fata de axa jetului

Distributia de impuls transversal in jetul principal

Corelatia multiplicitatii cu pT–ul total al jetului principal

Corelatia pT-ului total al evenimentului cu pT-ul jetului principal

Corelatia multiplicitatii cu distanta fata de axa jetului principal, pentru 80% din particule

Corelatia multiplicitatii cu distanta fata de axa a jetului principal, pentru 80% din pT

Corelatia cantitatii de pT cu distanta fata de axa jetului, pentru 80% din particule

Corelatia cantitatii de pT cu distanta fata de axa jetului, pentru 80% din pT

Distributia de multiplicitate a jeturilor principale pentru cele 2 energii investigate

Functia de fragmentare partonica a jetului principal pentru energiile investigate

Multiplicitatea particulelor din jeturi

Distributia de jeturi in evenimente

Distributia de pT a jeturilor

Ca urmare a acestor studii au fost extrase concluzii privind dinamica distributiei energiei si

continutului hadronic in interactia QCD si de asemeni observatii ale prezentei ISR (Initial State

Radiation) si FSR (Final State Radiation) in evenimentul de fond.

5. Descrierea științifica și tehnica, cu punerea in evidenta a rezultatelor fazei și gradul

de realizare a obiectivelor; (se vor indica rezultatele)

5.1 Caracterizarea datelor analizate

Au fost procesate urmatoarele seturi de date (caracteristicile de mai jos), folosindu-ne de programul de

simulare Pythia (descriere mai jos) si software-ul de gasire de jeturi FastJet (descriere mai jos):

LHC10e – 7 TeV

Din setul de date din perioada LHC10e au fost procesate runurile : 000128503, 000129654, 000130517,

000130795.

Acestea au cuprins un total de 26616100 evenimente din care au fost acceptate 21011600 (0.79%) si

respinse 5604510 (0.21%) de catre filtrul de selectie.

LHC10e : 7 TeV ; FILTER_p-p_135_LHC10e: TOF+TPC+PID+T0 tenders

tender :

useTPC : TPC tender: reapply pid on the fly

useTOF : TOF tender, reapply pid on the fly

usePID : PID tender, reapply pid on the fly and do combined PID

useT0 : T0 tender : time and amplitude corrections

Physics Selection :

AliVEvent::kAny

apply selection cuts on triggers and background rejection based on the content of the ESD

LHC11a – 2.76 TeV

Din setul de date din perioada LHC11a au fost procesate runurile : 000146802, 000146804, 000146805,

000146824, 000146858, 000146859

Acestea au cuprins un total de 55707000 evenimente din care au fost acceptate 23301100 (41.8%) si

respinse 32405900 (58.2%) de catre filtrul de selectie.

LHC11a : 2.76 TeV ; FILTER_p-p_113_LHC11a: Standard AODs + deltas

tender :

useT0 : T0 tender : time and amplitude corrections

Physics Selection :

AliVEvent::kAny

apply selection cuts on triggers and background rejection based on the content of the ESD

LHC10e anchored 7 TeV - LHC10e20

6912206 events acceptate

kPythiaPerugia0

pythia->SetProcess(kPyMb);

// select Pythia min. bias model

SetMSEL(0);

SetMSUB(92,1); // single diffraction AB-->XB

SetMSUB(93,1); // single diffraction AB-->AX

SetMSUB(94,1); // double diffraction

SetMSUB(95,1); // low pt production

AtlasTuning();

SetMSTP(51, AliStructFuncType::PDFsetIndex(kCTEQ5L)); // CTEQ5L pdf

SetMSTP(81,1); // Multiple Interactions ON

SetMSTP(82,4); // Double Gaussian Model

SetPARP(81,1.9); // Min. pt for multiple interactions (default in 6.2-14)

SetPARP(82,1.8); // [GeV] PT_min at Ref. energy

SetPARP(89,1000.); // [GeV] Ref. energy

SetPARP(90,0.16); // 2*epsilon (exponent in power law)

SetPARP(83,0.5); // Core density in proton matter distribution (def.value)

SetPARP(84,0.5); // Core radius

SetPARP(85,0.33); // Regulates gluon prod. mechanism

SetPARP(86,0.66); // Regulates gluon prod. mechanism

SetPARP(67,1); // Regulates Initial State Radiation

// Tune 320 Perugia 0

pythia->SetTune(320);

fStrucFunc(kCTEQ5L); // PDF set index 19070

SetMSTP(52,2);

SetMSTP(51, AliStructFuncType::PDFsetIndex(strucfunc));

SetMSTP(41,1); // all resonance decays switched on

pythia->UseNewMultipleInteractionsScenario(); // pyevnw()

LHC11a anchored 2.76 TeV - LHC12f1a

20953600 events acceptate

Pythia8

gener->SetProcess(kPyMbDefault);

// select Pythia min. bias model

ReadString("SoftQCD:minBias = on");

ReadString("SoftQCD:singleDiffractive = on");

ReadString("SoftQCD:doubleDiffractive = on");

ReadString("SoftQCD:doubleDiffractive = on");

5.2 PYTHIA

Codul de simulare PYTHIA este utilizat la generarea de “evenimente” de interactie in fizca

energiilor inalte, ca de exemplu pentru un set de particule rezultate in urma unor interactii dintre doua

particule care interactioneaza la energii inalte.

Codul de simulare PYTHIA e unul dintre cele mai folosite programe de generare de evenimente in

fizica energiilor inalte. Productia de particule este una dintre cele mai esentiale caracteristici ale

interactiilor nucleare la energii inalte.

Marea majoritate a particulelor se regaseste in jeturi de hadroni colimati sau de produsii rezultati

din dezintegrarea hadronilor formati prin procese de hadronizare a partonilor (cuarci si gluoni).

Principalul model de fragmentare partonica folosin in PYTHIA este modelul LUND. Modelul de

fragmentare LUND, inspirat din QCD descrie probabilitate de generare a hadronilor observabili pornind

de la un set initial de partoni.

Modelul Lund

Ideea de baza a modelului este, intr-o imagine simpla, ca un hadron se comporta ca un string

relativist cu un camp de culoare confinat. Campul lui este echivalent cu acela al unui lant de dipoli aliniati

dupa directia stringului. Legaturile dipolilor se comporta ca partoni. In timpul unei interactii “moi” multe

transferuri de impulsuri transverse mici au loc intre legaturile dipolilor si doua stari de stringuri excitate

longitudinal rezulta din ciocnire. Perturbarea campului de culoare va conduce in general la emiterea

radiatiei gluonice conform cromodinamicii cuantice, care poate fi apoi incorporata in aceasta imagine prin

aproximatia dipolului de culoare. Particulele din starea finala sunt obtinute prin fragmentarea starilor de

stringuri.

PYTHIA - parametrizarea "Perugia 0"

Parametrizarea numita "Perugia 0" este o modificare a codului de simulare PYTHIA astfel incat sa

includa propietati ale interactiilor hadronilor la energiile de la Tevatron si LHC(sunt luate in considerare

datele experimentale luate in 2011).

Seturile de date care aduc constrangeri importate modelelor teoretice sunt: canalele de

dezintegrare hadronica ale bozonului Z0 de la LEP, datele (min-bias) de la Tevatron la energii de 630,

1800 si 1960 GeV precum si datele (min-bias) la 200, 546 so 900 GeV de la SPS. Parametrizarea Perugia

0 impreuna cu alte 8 versiuni sunt o incercare de a explora sistematic densitatea partonica, structurile de

culoare, interactiile tari si moi,inclusiv modul in care aceste fenomene variaza in interiorul modelelor

teoretice.

Parametrizarea Perugia 0 foloseste distributia de partoni CTEQ5L, foloseste ΛCMW in loc de

ΛMS, o concordanta aproape perfecta cu spectrul p⊥ Drell-Yang (vezi Figura1). De asemenea are mai

putine reconectari ale stringurilor de culoare comparativ cu vechea parametrizare S0(A), in special in

zona de stringuri cu p⊥ mare ceea ce duce la o mai mare concordanta cu distributia < p⊥>(Nch)cat si cu

spectrul de p⊥ al particulelor, in special in zona de impuls mare.

Fig1. – Comparatii intre masuratorile experimentelor CDF si D∅ al p⊥ al perechilor Drell-Yang.

Graficele inserate arata zona de impuls mare

Fara alte modificari aceasta parametrizare ar duce la fluctuatii mai mari ale multiplicitatii

particulelor precum si multiplicitatea medie mai ridicata . De aceea, pentru a pastra nemodificate aceste

marimi , relativ la parametrizarea S0, aceste schimbari au fost insotite si de o modificare a taierii in zona

de infrarosu a p⊥0 ceea ce rezulta in fluctuatii mai mici si intr-un profil mai fin al distributiei masei

protonului.

Bibliografie :

1. PYTHIA : T. Sjöstrand, S. Mrenna and P. Skands, JHEP05 (2006) 026, Comput. Phys. Comm.

178 (2008) 852.

2. Perugia 0 : Peter Zeiler Skands, Tuning Monte Carlo Generators: The Perugia Tunes,

arXiv:1005.3457[hep-ph].

5.2 FASTJET

FastJet este un pachet C++ ce furnizeaza o gama larga de instrumente de analiza si de posibilitati

de gasire a jeturilor. Include implementari native eficiente ale tuturor algoritmilor larg raspanditi, de

recombinare secventiala a jeturilor pentru ciocnirile proton-proton si e+e−. De asemenea, furnizeaza

acces la algoritmii de jet de speta a treia printr-un mecanism de plugin, incluzand toti algoritmii de tip con

folositi in prezent.

FastJet furnizeaza dealtfel si mijloace de a facilita manipularea substructurii jeturilor, incluzand

cateva etichetatoare obiectuale si instrumente pentru estimarea nivelelor de pileup si de ‘zgomot’ al

evenimentului de fond (underlying), determinarea ariilor suprafetelor jeturilor si scaderea sau anularea

‘zgomotelor’ in jeturi (a fondului).

Este posibil sa se clasifice cei mai multi algoritmi de jet intr-una sau alta din cele doua clase mai

largi: a algoritmilor de recombinare secventiala si a algoritmilor de con.

Algoritmii de recombinare secventiala identifica de obicei perechea de particule cea mai apropiata

intr-un anumit spatiu definit, le recombina si repeta apoi procedura de mai multe ori, pana cand este

indeplinit un anumit criteriu de stopare. Masura distantei este de obicei relationata cu structura

divergentelor din teoria QCD (Quantum ChromoDynamics) perturbativa. Diferitii algoritmi de

recombinare secventiala se deosebesc in principal in alegerile pe care le fac in ce priveste modul de

definire al distantei si al criteriului de stopare.

Algoritmii de con pun impreuna particulele din regiuni unghiular-conice. Trebuie mentionat ca,

daca suma impulsurilor particulelor continute intr-un con anume coincide cu axa conului, conul este

“stabil”. Deoarece radiatia QCD si hadronizarea lasa directia ‘curgerii’ energiei unui parton in mare

neschimbata, conurile stabile sunt apropiate de directia si energia partonilor originali.

Diferentele dintre diferitii algoritimi de con sunt date in mod esential de strategia abordata in

cautarea conurilor stabile (ex: daca este iterativa sau exhaustiva) si de procedura utilizata in cazurile unde

aceeasi particula este gasita in multiple conuri stabile (ex: procedurile de splitare–combinare).

Unul dintre obiectivele librariei FastJet C++ este de a furniza in mod direct implementari eficiente

pentru majoritatea algoritmilor secventiali–de recombinare larg raspanditi, atat pentru colliderii hadron-

hadron, cat si pentru cei e+e−, si de asemenea, acces rapid catre algoritmii de jet de tip con. Este distribuit

in cadrul termenilor versiunii 2 a GNU General Public License (GPL).

Bibliografie:

1. M. Cacciari, G.P. Salam and G. Soyez, Eur.Phys.J. C72 (2012) 1896 [arXiv:1111.6097].

2. M. Cacciari and G.P. Salam, Phys. Lett. B 641 (2006) 57 [hep-ph/0512210].

Studiile de taieri efectuate :

pT track > 0,15 GeV ;

pT jet > 1 GeV;

pT jet > 2 GeV;

pT jet > 5 GeV;

pT jet > 10 GeV;

pT track > 1,00 GeV ;

pT jet > 1 GeV;

pT jet > 2 GeV;

pT jet > 5 GeV;

pT jet > 10 GeV;

Activitate II.1 Studiul structurii jeturilor leading (principale) (taieri cinematice la 5,10,15,20,25,30 GeV

in pT)

In urma analizelor comparative, pentru a determina un criteriu de selectie pentru energia depusa in

jerba partonica QCD, fata de componentele ISR si FSR ale fondului evenimentului, s-a ajuns la concluzia

folosirii taierii cinematice in pT-ul trackurilor de 0,15 GeV si in pT-ul jeturilor de 1 GeV.

Fig. 2 – Dependenta multiplicitatii jeturilor principale incarcate electric de pT

Fig. 3 – Distributia azimutala a multiplicitatii in jurul jetului principal

Fig. 4 – Distributia azimutala de pT in jurul jetului principal

Fig. 5 – Distributia distantei particulelor fata de axa jetului (in scara logartimica)

Fig. 6 – Distributia distantei particulelor fata de axa jetului

Fig. 7 – Distributia impulsului transversal (pT) in jetul principal incarcat electric

Activitate II.2 Studiul distributiei energiei partonului principal prin hadronizare (studiul distributiei de

impuls transvers si multiplicitate in bin-uri de 20%, 40%, 60%, 80% din N si pT).

In acest moment, in urma studiilor literaturii de specialitate, am pastrat ca baza de studiu

continutul energetic si hadronic a 80% din clusterizarea facuta de algoritmul anti-kT de gasire de jeturi.

Fig. 8 – Corelatia multiplicitatii cu pT–ul total al jetului principal incarcat electric

Fig. 9 – Corelatia pT-ului total al evenimentului cu pT-ul jetului principal incarcat electric

Fig. 10 – Corelatia multiplicitatii cu distanta fata de axa a jetului principal,

pentru 80% din particulele incarcate electric incluse in jet

Fig. 11 – Corelatia multiplicitatii cu distanta fata de axa a jetului principal,

pentru 80% din pT-ul stocat in jet

Fig. 12 – Corelatia cantitatii de pT cu distanta fata de axa jetului,

pentru 80% din particulele incarcate electric incluse in jet

Fig. 13 – Corelatia cantitatii de pT cu distanta fata de axa jetului,

pentru 80% din pT-ul stocat in jet

Activitate II.3 Studiul functiei de fragmentare; dependenta de energie a ciocnirii si variatia cu

proprietatile jetului principal

Fig. 14 – Distributia de multiplicitate a particulelor din jeturile principale,

pentru cele 2 energii investigate

Fig. 15 – Functia de fragmentare partonica a jetului principal, pentru energiile investigate

Activitate II.4 Compararea analizelor la cele 2 energii si studiul scalarii cu energia

In cadrul raportului analizele au fost compactate pentru claritate, iar informatile se regasesc in

graficele aferente.

Activitate II.5 Distribuția energiei și multiplicității în structura evenimentului

Fig. 16 – Multiplicitatea particulelor din jeturi

Fig. 17 – Distributia de jeturi in evenimentele studiate (multiplicitatea jeturilor)

Fig. 18 – Distributia de impuls transversal (pT) a jeturilor

Activitate II.6 Comparații cu datele Monte-Carlo

In cadrul raportului analizele au fost compactate pentru claritate, iar informatile se regasesc in

graficele aferente.

6. Concluzii

A fost observata depedenta cvasi-liniara a multiplicitatii jetului principal cu pT-ul acestuia (la pT

mic). Se observa odata cu cresterea energiei, micsorarea multiplicitatii continutului hadronic neutru (mai

mare la 2,76 decat la 7 TeV).

Aceleasi observatii se pot face si privind multiplicitatile in jurul conului jetului principal. De

asemenea, se observa ca tuningul Perugia0 nu prezice cu exactitate contributia neutra hadronica si

subestimeaza continutul energetic in pT.

In distributia de multiplicitate, in unitatea de raza se observa un con de multiplicitate pronuntat

pentru datele de 7 TeV si o supraestimare a datelor Monte Carlo la 2,76 TeV (cu o mai mica, spre

neglijibila contributie a continutului neutru).

Distributile de multiplicitate experimentale in unitatea de raza la 2,76 TeV arata o contributie

semnificativa a continutului neutru.

Distributiile de pT ale particulelor in jetul principal sunt similare si corespund cu simularile

Monte-Carlo. Atat multiplicitatea evenimentului, cat si continutul in energie transversa are o comportare

de plafonare cu pT-ul jetului principal.

In cazul corelatiilor multiplicitatii cu raza „R” fata de axa jetului principal, odata cu filtrarea

componentei "soft" (adica prin eliminarea a 20% din componentele cu pT mic), apare o caracteristică

clara a conului jetului in zona de 0,2 -0,3 R.

Functia de fragmentare ofera o caracterizare directa a modalitatii de transport microscopic

partonic in ciocnire, iar diferenta intre 2,76 si 7 TeV e clara si furnizeaza informatii privind o mai mare

capacitate de tranfer de energie a partonului participant la 7 TeV decat la 2,76 TeV.

Rezultate cuantificabile obținute în 2013 :

Numarul articolelor publicate in 2013 (ianuarie – decembrie 2013)

20

Numarul de participari la conferinte/workshop-uri/meetinguri/scoli de vara/iarna in 2013 (ianuarie -

decembrie 2013)

8