Автореферат (Исследование флуктуаций числа нуклонов-участников и отбор событий по центральности в экспериментах по столкновениям ультрарелятивистских ядер), страница 3

В частности,автором обеспечена возможность использования нового детектора AD для подсчета множественности в дальних быстротных окнах и определения центральности.Результаты проведенной работы по калибровке центральности используются вовсех измерениях ALICE, где необходима классификация событий по центральности столкновения.Постановка задачи о разработке способа отбора классов центральности с цельюуменьшения флуктуаций для измерения плотности начального состояния былапредложена Лабораторией физики сверхвысоких энергий СПбГУ.

Автор личнозанимался этой задачей. Разработка и реализация данного метода, все вычислениявыполнены автором самостоятельно.9Объем и структура диссертации.Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Общий объем составляет 109 страниц, включая 4 таблицы, 47 рисунков и список цитированнойлитературы из 72 наименований.Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы,формулируются основные задачи, научная новизна и практическая ценность работы, приводится краткое содержание отдельных частей.В первой главе вводится определение основных понятий, которые используются при описании столкновений релятивистских ядер: нуклонов-участников,нуклонов-спектаторов, центральности, прицельного параметра и их связь с экспериментальными данными (S1.1).

Приводится обоснование целесообразности сравнения экспериментальных и модельных данных. Представлен обзор модели Глаубера. Рассматривается геометрическое представление столкновений для нуклоннуклонных, нуклон-ядерных и ядро-ядерных столкновений.Прицельный параметр – вектор ⃗, ортогональный направлению пучка, связывающий центры двух сталкивающихся ядер в проекции на поперечную плоскость.Его направление показывает ориентацию плоскости реакции, а длина характеризует центральность столкновения: чем меньше его значение, тем столкновение считается более центральным, при большем значении столкновения приобретают периферический характер.

Нуклоны ядра мишени, которые претерпелистолкновения с нуклонами из налетающего ядра, будем называть нуклонамиучастниками, и“ранеными” нуклонами. Те, которые не участвовали во взаимодействии, будем называть нуклонами–спектаторами. Экспериментально измеряемые величины, косвенно характеризующие центральность – это множественностьрожденных частиц, измеряемая детекторами с аксептансом в среднем интервалепсевдобыстроты, и энергия спектаторов, обычно измеряемая калориметрами набольших (по модулю) псевдобыстротах.

Множественность рожденных частиц может быть вычислена и в моделях, что дает возможность проводить сравнениеэкспериментально измеренных величин и аналогичных распределений, вычисленных в моделях.Под относительными флуктуациями переменной (S1.2) будем понимать величину⟨2 ⟩ − ⟨⟩22=,(1) =⟨⟩⟨⟩где 2 – среднеквадратичное отклонение (RMS), 2 – дисперсия величины , ⟨⟩– среднее значение величины.Модель Глаубера (S1.3) рассматривает ядро-ядерные столкновения как процессмножественных независимых нуклон-нуклонных столкновений.

В модели Глаубера распределение нуклонов в ядрах имеет случайный характер, определяемый10профилем ядерной плотности, а элементарные нуклон-нуклонные столкновенияхарактеризуются полным неупругим сечением рассеяния . Модель Глаубераприменительно к pA и AA столкновениям позволяет вычислить среднее числои дисперсию бинарных нуклон-нуклонных столкновений и нуклонов-участников.Она дает наглядную геометрическую картину, но не предполагает наличие коллективных эффектов, в ней все сводится к отдельным независимым нуклоннуклонным столкновениям. Также приведен краткий обзор моделей, учитывающих сохранение энергии в элементарных ядро-ядерных взаимодействиях с учетомподобных эффектов (модифицированная модель Глаубера [2], генератора HIJINGи неглауберовской модели столкновений [3]).Во второй главе описывается техническая сторона эксперимента ALICE.В частности, представлено краткое описание детекторов ALICE(см.

рис 1), используемых дляизмерения множественности заряженных частиц. Приводится описание детекторной системы ITS(S2.2.1),включая ее конструкциюи метод восстановления первичнойвершины столкновения, описание Рис. 1: Схематичное изображение детекторпроцедуры восстановления треков ной системы эксперимента ALICE [4].рожденных частиц.В (S2.2.2) для детекторной системы VZERO, располагающейся в переднем диапазоне по псевдобыстроте по обе стороны установки ALICE, приведено описаниеее конструкции, а так же особенности триггеринга (отбора) событий при энергии 5.02 ТэВ с использованием данного детектора.

В (S2.2.3) приведено описание дифракционного детектора AD, недавно установленного на экспериментеALICE, разширевшего псевдобыстротный диапазон эксперимента 4.8 < < 6.3,−7.0 < < −4.9 для изучения множественности заряженных частиц, что способствует разширению возможности отбора событий по центральности как дляизучения протон-ядерных, так и ядро-ядерных столкновений.Третья глава посвящена определению центральности на экспериментеALICE.В (S3.1) описывается экспериментальная оценка центральности разными детекторными системами ALICE в разных кинематических областях: внутренним трековым детектор (ITS) и времяпроекционной камерой (TPS), детектором VZEROи калориметром нуля (ZDC), фиксирующим нуклоны-спектаторы (S3.1.1).В (S3.1.2) описан метод определения центральности в эксперименте ALICE напримере сигнала детекторной системы VZERO.

На (рис. 2) представлено minimum11bias распределение сигнала в VZERO. В области периферических событий с центральностью более 90% не учитывается из-за возрастающего там вклада от электромагнитных взаимодействий [5].Полное сечение рассеяния определяют по фитирующей функции к распределению множественности заряженных частиц, построенному с помощью модели Глаубера (см рис. 2, красная линия). Множественность в модели Глаубера определеначерез двухкомпонентное представление с тремя параметрами, которые выбираются из условия минимальности 2 фита [5].

Полный интеграл от данной функцииопределяет полное число событий, по отношению к которому и выполняется разбиение на интервалы (классы) центральности. Точка, в которой фит и данныеначинают расходиться, называется “якорной” точкой (anchor point) [A2].В (S3.1.3) приведено сравнение разрешения различных детекторов для определения центральности столкновения в экспериментеALICE. S3.1.4 описывает процедуру калибровки центральности.

Рассмотрена возможность определения множественности и центральности с помощью нового детектора AD. Приведено сравнение кор- Рис. 2: Распределение амплитуды сигналареляций амплитуд сигналов в раз- VZERO для столкновений ядер свинца приных диапазонах по псевдобыстроте энергии √ = 5.02 ТэВ [5].в SPD и AD в сравнении с SPD и VZERO на примере протон-протонных столкно√вений при = 13 ТэВ, на котором производилась отладка процедуры подсчетамножественности заряженных частиц в разных быстротных окнах.

Описана техническая реализация процесса калибровки центральности. Готовые результаты,отражающие перевод значений измеренной множественности рожденных частицв данном детекторе в процентное соотношение по центральности, записываютсяв доступный для дальнейшего анализа ROOT файл, который сохраняется послев библиотку AliROOT и доступен для всех участников эксперимента ALICE дляприменения при анализе данных, требующего более детального отбора событийпо центральности.

Описана реализация контроля качества данных и оценки стабильности сигнала с течением времени.В четвертой главе описана процедура измерения множественности заряженных частиц в среднебыстротном диапазоне (|| < 0.5) на эксперименте ALICE сиспользованием коротких сегментов треков – треклетов (S4.1). В S4.2 для энер√гии = 5.02 ТэВ приведены основные результаты, полученные колаборациейALICE с использованием подсчета множественности и калибровки центральности,12√выполненых автором. В S4.2.1 для = 5.02 ТэВ приведено значение плотностимножественности рожденных частиц. Для сравнения с ранее проведенными экспериментами результаты нормированы на среднее число пар нуклонов-участников(вычисленное в каждом классе центральности с помощью модели Глаубера).

Значение для 5% центральных событий сравнивается (см рис. 3 (а)) как с результатами для более низких энергий столкновения тяжелых ядер, так и с результатамидля более легких систем (pp, pA). Новые результаты – значения множественности рожденных частиц в центральных столкновениях, полученные коллабораци√ей ALICE при = 5.02 ТэВ, не меняют характер зависимости, они вносятлишь небольшое уточнение в значение параметра и подтверждают закономер√ность, обнаруженную для = 2.76 ТэВ.

Тот факт, что значения найденныена ALICE для p+Pb [6] и PHOBOS для d+Au [7] ложатся на кривую соответствующую нуклон-нуклонным столкновениям, показывает, что сильное возрастание множественности для ядро-ядерных столкновений связано не только с множественными парными столкновениями нуклонов-участников, так как протон внуклон-ядерных столкновениях также претерпевает столкновения с множествомнуклонов. В S4.2.2 проведено сравнение множественности заряженных частиц,√измеренной для = 5.02 ТэВ в различных классах центральности как дляядро-ядерных, так и для нуклон-ядерных столкновений с результатами, получен√ными ранее коллаборацией ALICE при энергии ( = 2.76 ТэВ).

Как видно изграфика (см. рис 3 (б)) (и отношения множественности для двух представленныхэнергий), результаты отличаются на 20%, а форма зависимости с увеличениемэнергии не изменилась. Множественность монотонно убывает с переходом от более центральных (большое число нуклонов-участников) к более периферическим(малое число нуклонов-участников) столкновениям. Как видно из фитированияполученных данных для ядро-ядерных столкновений, при переходе к самым периферическим столкновениям наблюдается устремление множественности к значению, измеренному для столкновений нуклонов и ядер, что говорит о нивелировании когерентного характера взаимодействия нуклонов в ядре с уменьшениемколичества взаимодействующих нуклонов.

В S4.2.3 проведено сравнение результатов с модельными рассчетами (см рис. 3 (в)). Измеренная зависимость множественности заряженных частиц в интервале || < 0.5 накладывает ограниченияна модели, описывающих сильновзаимодействующую материю.В пятой главе изложен метод выбора интервалов центральности, которыйдает возможность минимизации фоновых (объемных) флуктуаций наблюдаемыхвеличин. В S5.1 описана связь эксперимента и модели Глаубера, приводится описание процедуры Монте-Карло моделирования модели Глаубера с двукомпонентноймоделью для определения множественности.

В S5.2 указаны параметры генераторов и особенности описания плотности распределения нуклонов внутри ядра13абв2Рис. 3: а: Величина ⟨⟨ℎ /⟩ для центральных Pb-Pb и Au-Au столкнове⟩√ний как функция в сравнении с pp и p-A (d-A) столкновений. Линии показывают степенную зависимость: сплошная – с показателем 0.155 для A-A столкновений, пунктирная – 0.103 для pp столкновений. Затененные области – ошибкина извлеченные степенные законы. Данныепо центральным Pb-Pb столкновени√ям, измеренные в CMS и ATLAS на = 2.76 ТэВ, сдвинуты√по горизонтали2⟨ℎ /⟩ для Pb-Pb столкновений при = 5.02 ТэВ в[A2].б : Величина ⟨⟩диапазоне от 0 до 80% центральности как функция ⟨ ⟩ для каждого класса центральности. Для данных Pb-Pb нескореллированные ошибки обозначены“усами” (доверительным интервалом), а скореллированные ошибкипредставлены√серой областью. Для сравненияс результатами по p-Pb ( = 5.02 ТэВ), Pb√Pb и pp столкновений ( = 2.76 ТэВ), умноженные на коэффициент 1.2 (1,13соответственно), вычисленный из степенного закона 0.155 для центральных√ столк2новений [A2].