Диссертация (Исследование флуктуаций числа нуклонов-участников и отбор событий по центральности в экспериментах по столкновениям ультрарелятивистских ядер), страница 2

рис. 1) дополнили уже известную картину зависимости плотности рожденных заряженных частиц от энергии, полученную прежде на нескольких экспериментах (ALICE, CMS, ATLAS, PHOBOS, PHENIX,BRAHMS, STAR, NA50, UA5, ISR) и показали, что зависимость плотности мно-7жественности рожденных заряженных частиц на пару участников для ядроядерных столкновений имеет гораздо большее возрастание с увеличением энергии, чем для нуклон-нуклонных.Рис. 1: Плотность заряженных частиц на пару участников для центральных√ядро-ядерных и pp cтолкновений, как функция [15]. Непрерывные ли0.11нии ∼ 0.15N N и ∼ N N интерполируют данные для тяжело-ионных и протонпротонных столкновений.Кроме того, была измерена множественность заряженных частиц в средней псевдобыстроте как функция центральности (рис.

2) и представлена награфике в виде, позволяющем сравнить поведение различных сталкивающихсясистем. Множественность была нормированна на среднее число пар нуклоновучастников, вычисленных с использованием модели Глаубера. В качестве параметра центральности, для каждого класса использовалось среднее число участников. Аппроксимация полученной зависимости дала возможность установитьсвязь между периферическими столкновениями ядер и нуклон-нуклоннымистолкновениями.При сравнении данных эксперимента ALICE по множественности как функции числа участников с аналогичной функцией, вычисленной в различных феноменологических моделях (рис. 3), было выявлено хорошее согласование моде√лей и экспериментальных данных для столкновений при = 2.76 ТэВ.

Одна-8Рис. 2: Зависимость плотности множественности заряженных частиц на нуклоннуклонную пару в среднем интервале по псевдобыстроте от числа участников√в Pb-Pb столкновений при энергии = 2.76 ТэВ (ALICE) [15] и Au-Au при√ = 0.2 ТэВ (RHIC). Шкала для измерений в более низком диапазоне энергии показана справа и отличается от шкалы для измерений в более высокомдиапазоне энергий в 2.1 раз. Для данных Pb-Pb нескорелированные ошибкиобозначены ҡусамиә (доверительным интервалом), а скореллированные ошибки представлены серой областью.

Статистические ошибки пренебрежимо малы. Полыми кружками представлены значения, полученные при деление самыхцентральных столкновений от 0 − 10% на четыре класса вместо двух. Значение для неупругих pp столкновений является результатом интерполяции междуданными при 2.76 ТэВ и 7 ТэВ (см. [14]).9Рис. 3: Сравнение с модельными расчетами значений плотности множественности заряженных частиц на нуклон-нуклонную пару в среднем интервале псев√добыстроты для Pb-Pb столкновений при = 2.76 ТэВ в диапазоне центральности 0 − 80% как функции среднего числа участников в каждом классецентральности [14].10ко имелись некоторые расхождения между предсказаниями разных моделей сэкспериментом, что наложило дополнительные условия на параметры моделей.Для изучения флуктуаций и поиска тонких эффектов необходимо точноопределить параметры измерений, при которых флуктуации измеряемых величин будут минимальны.

Задача важна для понимания и анализа эффектаначального состояния при изучении дальних корреляций, осуществляемого внастоящий момент в Лаборатории физики сверхвысоких энергий СПбГУ длядвух экспериментов - NA61/SHINE и ALICE, проводимых в Европейском центреядерных исследований (CERN). Это явилось мотивацией к разработке методаминимизации фоновых флуктуаций, рассмотренного во второй части даннойдиссертации.Цели и задачи работы.Основной целью работы является изучение флуктуаций измеряемых величин (множественность, число нуклонов-участников) и определение центральности событий 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 всозданном генераторе событий на основе двухкомпонентной модели. Реализация моделирования столкновений тяжелых и легких ядер в генераторесобытий Монте-Карло с учетом особенностей распределения ядерной плотности (применение распределения Вудса-Саксона для тяжелых и формулыгармоничесого осциллятора для легких ядер).2.

Реализация моделирования столкновений протон-ядро при энергии5.02 ТэВ с помощью генератора событий HIJING, учитывающим некоторыеколлективные эффекты в ядро-ядерных столкновениях. При сопоставлении результатов моделирования с экспериментальными данными, провестиисследование зависимости выхода множественности рожденных частиц отвеличины параметра HIJING ҫ так называемого gluon shadowing (глюонного экранирования), который контролирует в модели общую величину глю-11онного экранирования при малых значениях Бьеркеновской переменной xи связан с распредением плотности гюонов в тяжелом ядре.3. Разработка метода минимизации фоновых флуктуаций измеряемых величин. Исследование поведения среднего числа участников и их среднеквадратичного отклонения с изменением ширины класса центральности дляцентральных, полупериферических и периферических столкновений дляядро-ядерных (для легких и тяжелых ядер) и протон-ядерных столкновений при энергии SPS и LHC.4.

Определение центральности столкновения для феноменологических и экспериментальных данных. Проверка метода минимизации фоновых флуктуаций измеряемых величин на моделированных данных, с влиянием установки ALICE на результаты анализа, реализованного с помощью программы моделированния установки GEANT. В качестве входных данныхрассматриваются феноменологические данные, полученные коллаборацией при использовании генератора событий HIJING для столкновения ядерсвинца при энергии 2.76 ТэВ.5. Реализация подсчета множественности рожденных заряженных частиц вразличных быстротных окнах на эксперименте ALICE для независимогоопределения центральности в случаях, когда измеряемая величина, анализирумая в классах центральности, построена из сигналов VZERO, принятого коллаборацией для определения центральности по множественности.6.

Рассмотреть возможность введения новых эстиматоров (в частности сигнала дифракционного детектора AD) для определения центральности наэксперименте ALICE. Отладка подсчета множественности рожденных частиц на простом примере протон-протонных столкновений при энергии 13ТэВ.7. Калибровка центральности на эксперименте ALICE, необходимая для равномерного распределения множественности в процентные значения по центральности, поэтому важна разработка и модернизация универсального программного кода (для протон-протонных, протон-ядерных и ядро-12ядерных столкновений) для определения множественности и калибровкицентральности на эксперименте ALICE.8. Калибровка центральности для новых данных, получаемых коллаборацией ALICE, для столкновения ядер свинца при энергии 5.02 ТэВ. Применение подсчета множественности и отбора по центральности столкновенийна примере расчета плотности множественности заряженных частиц в интервале средней быстроты при отборе самых центральных столкновений,а также определение зависимости плотности множественности от числануклонов участников.Актуальность темы исследования определяется ее тесной связью с современными действующими экспериментами по релятивистским столкновениям ядер: ALICE и NA61/SHINE, а также ее возможной ориентацией на физическую программу эксперимента MPD на коллайдере NICA в ОИЯИ (Дубна),который планируется осуществить в ближайшее время.Метод, разработанный в данной диссертации, является универсальным.

Егоприменение позволит минимизировать фоновые флуктуации выбором оптимальной ширины классов центральности, что является критически важным прианализе флуктуаций и поиске тонких эффектов.Инструментарий, использованный для калибровки центральности в эксперименте ALICE, представленный в настоящей работе, можно считать универсальным, так как он применим для протон-протонных, протон-ядерных и ядроядерных столкновений, в отличие от того, что использовался коллаборациейранее.Научная новизна и практическая ценность.Разработка метода определения центральности началась в связи с анализомдальних корреляций, который проводится сотрудниками Лаборатории физикисверхвысоких энергий СПбГУ.

Для этого анализа критичным становится уменьшение фоновых флуктуаций измеряемых величин. Метод, представленный внастоящей диссертации, делает возможным определение предельной значимойстепени минимизации фоновых (или объемных) флуктуаций. Он позволяет вести оценку флуктуаций нуклонов участников в классах центральности для раз-13ных сортов ядер при различных энергиях на примере энергий LHC (Большого адронного коллайдера) и SPS (Супер-протонного синхротрона). При этомотбор классов центральности происходит в условиях, приближенных к экспериментальным. Данный метод позволяет оценить, до какой степени возможнаминимизация фоновых флуктуаций измеряемых величин, а также определитьзначение ширины класса центральности, после которого более детальное рассмотрение событий, при сужении класса центральности не ведет за собой улучшение разрешения измерений (дальнейшего уменьшения фоновых флуктуацийизмеряемых величин).Предварительное моделирование эксперимента позволяет оптимизироватьдетекторные системы с целью уменьшения фоновых флуктуаций измеряемыхвеличин.Калибровка и определение центральности столкновения была реализованадля эксперимента ALICE.