Автореферат (Исследование флуктуаций числа нуклонов-участников и отбор событий по центральности в экспериментах по столкновениям ультрарелятивистских ядер)

На правах рукописиДрожжова Татьяна АлександровнаИсследование флуктуаций числануклонов-участников и отбор событийпо центральности в экспериментах постолкновениям ультрарелятивистских ядерСпециальность01.04.16 – Физика атомного ядра и элементарных частицАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукСанкт-Петербург – 2018Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательномучреждении высшего образования «Санкт-Петербургский государственныйуниверситет».Научный руководитель:Феофилов Григорий Александрович,кандидат физико-математических наук,заведующий лабораторией физики сверхвысокихэнергий СПбГУОфициальные оппоненты: Арефьева Ирина Ярославна,доктор физико-математических наук, профессор,Математический институт им.

В.А. Стеклова РАН,отдел теоретической физики, ведущий научныйсотрудник.Ратников Федор Дмитриевич,кандидат физико-математических наук,Национальный исследовательский университет«Высшая школа экономики»,Научно-учебная лаборатория методов анализабольших данных, старший научный сотрудник.Ведущая организация:Московский государственный университет имениМ.В. ЛомоносоваЗащита состоится « 28 » июня 2018 г.

в 13:00 часов на заседании диссертационногосовета Д 212.232.16 при Санкт-Петербургском государственном университете поадресу: 199004, Санкт-Петербург, Средний проспект В. О., д. 41/43, Институтнаук о Земле, ауд. 304.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте СПбГУhttp://disser.spbu.ru»2018 года.Автореферат разослан «Ученый секретарьдиссертационного советаД 212.232.16Власников Александр КонстантиновичАктуальность темыСовременная теория сильных взаимодействий – квантовая хромодинамика,предсказывает существование особого состояния материи, в состоянии асимптотической свободы (деконфайнмента), так называемой кварк-глюонной плазмы(КГП).

Изучение свойств кварк-глюонной плазмы чрезвычайно важно, посколькуоно тесно связано с решением ряда фундаментальных проблем, например таких,как эволюция Вселенной во времена порядка 10−11 c после момента Большоговзрыва и барионная асимметрия Вселенной. В настоящее время проводится целыйряд экспериментов по ультрарелятивистским ядро-ядерным столкновениям, в которых должны воспроизводится условия возникновения КГП. Прежде всего, этоэксперимент ALICE на Большом адронном коллайдере (LHC, БАК) в Европейском центре ядерных исследований (CERN), где в 2015 году достигнута энергия√столкновения в системе центра масс = 13 ТэВ для протон-протонных столк√новений и = 5.02 ТэВ на нуклон-нуклонную пару для тяжело-ионных столкновений [1].

Также продолжают работать эксперимент на неподвижной мишениNA61/SHINE на ускорителе SPS в CERN и тяжело-ионный коллайдер RHIC вБрукхейвенской национальной лаборатории, где исследуются различные областина фазовой диаграмме барионной материи в состоянии деконфайнмента. Для подобных целей, в том числе, строится коллайдер протонов и тяжелых ионов NICAв Объединенном институте ядерных исследований (Дубна).Ключевую роль при изучении свойств КГП играет анализ экспериментальных данных.

Его результаты зависят не только от контролируемых параметров —энергии, типа и размера сталкивающихся участников (ядер или протонов), но иот параметров, случайно меняющихся от события к событию. Один из таких параметров – это центральность столкновения. Он определяет размер области перекрытия сталкивающихся ядер, что, несомненно, влияет на свойства образованнойматерии.

Столкновение считается тем более центральным, чем меньшее значениеимеет прицельный параметр. Измерение прицельного параметра на экспериментеневозможно, поэтому центральность столкновений на эксперименте определяетсякосвенно. Чем центральнее столкновение, тем больше число нуклонов-участников.В большинстве экспериментальных исследований для отбора событий в качественаблюдаемой величины, косвенно связанной с центральностью столкновения, используется множественность рождающихся частиц. Однако, сильные флуктуацииданной величины, возникающие от события к событию в силу определенных физических причин, препятствуют достаточно точному определению числа нуклоновучастников столкновения в каждом событии, что критично в экспериментах направленных на поиск эффектов, связанных с флуктуациями наблюдаемых величин.3Измерение флуктуаций и корреляций таких величин, как множественностьрождающихся частиц, средний поперечный импульс, остаточный электрическийи барионный заряд и др., позволяет изучать область фазовой диаграммы КХДвблизи фазового перехода от адронного газа к состоянию деконфайнмента, а также кирального фазового перехода.

Для корректной интерпретации данных пофлуктуациям и корреляциям в таких исследованиях необходимо минимизироватьтак называемые “тривиальные” или “объемные” флуктуации, связанные с пособытийным отбором класса столкновений, где присутствует разброс событий поприцельному параметру и/или числу нуклонов-участников, что будет являтьсянежелательным фоном для исследуемых флуктуаций.Предпосылки к данной работеВ первой части данной работы описывается метод измерения множественностизаряженных частиц, и представляются новые результаты, полученные на экспе√рименте ALICE при новой энергии ( = 5.02 ТэВ), достигнутой на коллайдерев ноябре 2015 года. Одним из первых результатов 2010 года на БАК с энергией на√нуклон-нуклонную пару в системе центра масс ( = 2.76 ТэВ) для столкновений ядер свинца, стало измерение множественности заряженных частиц в среднеминтервале по псевдобыстроте (|| < 0.5).

Псевдобыстротой называется величина[︂(︂ )︂]︂ = − ln tan21|⃗| + = ln2|⃗| − (︂)︂,где – это угол между направлением импульса частицы ⃗ и осью пучка , а –это продольная компонента импульса.Эти результаты дополнили уже известную картину зависимости плотностирожденных заряженных частиц от энергии, полученную прежде на нескольких экспериментах (ALICE, CMS, ATLAS, PHOBOS, PHENIX, BRAHMS, STAR,NA50, UA5, ISR) и показали, что зависимость плотности множественности рожденных заряженных частиц на пару участников для ядро-ядерных столкновенийимеет более быстрый рост с увеличением энергии, чем для нуклон-нуклонных.Кроме того, была измерена множественность заряженных частиц в среднейпсевдобыстроте как функция центральности и представлена на графике в виде,позволяющем сравнить поведение различных сталкивающихся систем.

Множественность была нормированна на среднее число пар нуклонов-участников, вычисленных с использованием модели Глаубера. В качестве параметра центральности, для каждого класса использовалось среднее число участников. Аппроксимация полученной зависимости дала возможность установить связь между периферическими столкновениями ядер и нуклон-нуклонными столкновениями.

Присравнении данных эксперимента ALICE по множественности как функции числа4участников с аналогичной функцией, вычисленной в различных феноменологических моделях, было выявлено хорошее согласование моделей и эксперименталь√ных данных для столкновений при = 2.76 ТэВ. Однако имелись некоторыерасхождения между предсказаниями разных моделей с экспериментом, что наложило дополнительные условия на параметры моделей.Для изучения флуктуаций и поиска тонких эффектов необходимо точно определить параметры измерений, при которых флуктуации измеряемых величин будут минимальны.

Задача важна для понимания и анализа эффекта начального состояния при изучении дальних корреляций, осуществляемого в настоящиймомент в Лаборатории физики сверхвысоких энергий СПбГУ для двух экспериментов - NA61/SHINE и ALICE, проводимых в Европейском центре ядерных исследований (CERN). Это явилось мотивацией к разработке метода минимизациифоновых флуктуаций, рассмотренного во второй части данной диссертации.Цели и задачи работыОсновной целью работы является изучение флуктуаций измеряемых величин (множественность, число нуклонов-участников) и определение центральностисобытий с дальнейшей их классификацией в экспериментах по столкновению ультрарелятивистских ядер.Основные задачи диссертации:1. Создание генератора событий Монте-Карло на основе модели Глаубера.

Реализация подсчета множественности рожденных заряженных частиц в созданном генераторе событий на основе двухкомпонентной модели. Реализация моделирования столкновений тяжелых и легких ядер в генераторе событий Монте-Карло с учетом особенностей распределения ядерной плотности(применение распределения Вудса-Саксона для тяжелых и формулы гармоничесого осциллятора для легких ядер).2. Реализация моделирования столкновений протон-ядро при энергии 5.02 ТэВс помощью генератора событий HIJING, учитывающим некоторые коллективные эффекты в ядро-ядерных столкновениях. При сопоставлении результатов моделирования с экспериментальными данными, провести исследование зависимости выхода множественности рожденных частиц от величиныпараметра HIJING – так называемого gluon shadowing (глюонного экранирования), который контролирует в модели общую величину глюонного экранирования при малых значениях Бьеркеновской переменной x и связан с распредением плотности гюонов в тяжелом ядре.3.