Диссертация (Исследование флуктуаций числа нуклонов-участников и отбор событий по центральности в экспериментах по столкновениям ультрарелятивистских ядер), страница 9

В связи с этим естьнесколько независимых экспериментальных оценок центральности. Такие оценки выбираются из соображений о том, что определение центральности для классификации событий и измерение наблюдаемых в полученных классах центральности должны происходить в разных кинематических областях для достоверности измерений.Сигналы, дающие возможность оценить центральность столкновения черезколичественные характеристики рожденных частиц ҫ это множественность треков, зарегистрированных в трековых детекторах ITS и TPC, а также амплитудасигналов в сцинтилляторном детекторе VZERO. Сигналы от спектаторов, попадающих в калориметр ZDC и ZEM, дают независимую оценку центральности впереднем и заднем кинематических диапазонах по псевдобыстроте.

Схема расположения детекторов относительно оси пучка изображена на рис. 3.1.3.1.1Оценка центральности детекторными системамиALICEЦентральность в ITS и TPCInner Tracking System (ITS) (cм. раздел 2.2) и Time Projection Chamber (TPC)[41] используются для трекинга частиц, параметры которых используются для50Рис. 3.1: Схема расположения детекторов эксперимента ALICE относительнооси пучка [43]построения физических наблюдаемых. Поэтому, чтобы не вносить дополнительного смещения (bias) оценок наблюдаемых, центральность, определенная спомощью данных детекторов, используется лишь для оценки систематическойошибки. Тем не менее, существует ряд задач и методов, где определение центральности в среднем диапазоне псевдобыстрот является обоснованным.

Множественность в ITS обычно определяется по числу треклетов, реконструированных в двух слоях SPD (см.раздел 2.2), а множественность в TPC опредяется пополным реконструированным трекам.Определение центральности через треклеты в SPD нуждается в поправках.Положение вершины столкновения влияет на фактический аксептанс детекторной системы ITS, что влечет к изменению числа детектированных частиц, несвязанному с физикой. Для того, чтобы получить центральность, поправленную на вклад метода измерения, используют распределение числа треклетовв зависимости от z-положения вершины (но усредненное по всем относительным положениям сталкивающихся ядер). Полученные значения множественности треклетов взвешивают с соответствующей поправкой от положения вершины, после чего получают распределение, сравнимое как с моделями, так и сцентральностью, определенной с помощью других детекторных систем.51Центральность в VZEROИзмерение множественности и оценка центральности в системе VZERO осуществляется на основе амплитуды сигнала в сцинтилляторах.

С помощью симуляций оценивают связь полного заряда, оставленного в кольце VZERO, c числом заряженных частиц, вылетающих в соответствующем диапазоне по псевдобыстроте (для каждого из восьми колец каждого детектора VZERO). Такимобразом, в определении центральности по системе VZERO тоже играет рольмножественность заряженных частиц.Центральность в ADАналогично детектору VZERO, измерение множественности и оценка центральности в системе AD выполняется на основе амплитуды сигнала в сцинтилляторах. В определении центральности по AD также играет роль множественность рожденных заряженных частиц в передней области быстрот.Центральность в ZDCОпределение центральности через систему ZDC (Zero Degree Calorimeter)опирается на сигналы, измеренные в диапазоне передних псевдобыстрот.

Энергия спектаторов тем больше, чем меньше область перекрытия сталкивающихсяядер. Предположение о монотонности изменения энергии спектаторов в зависимости от площади области перекрытия сталкивающихся ядер на практикеоказывается верным лишь для некоторого диапазона центральных событий.Отметим, что только нейтроны-спектаторы летят прямолинейно и попадаютв нейтронный ZDC (ZN), протоны отклоняются в магнитном поле и попадают впротонный ZDC - (ZP), а фрагменты ядер (с соотношением заряд/масса близким к ядру свинца) летят ближе к пучку и могут пролететь мимо обоих ZDC[45].

Это приводит к тому, что малая энергия зарегистрированных спектаторовможет наблюдаться как в центральных, так и в периферических столкновениях.Для того, чтобы разрешить эту проблему, для определения центральности поZDC дополнительно используют электромагнитный калориметр ZEM. Корреляция сигнала (рис. 3.2) в ZDC и амплитуды в ZEM позволяет надежно разделятьперефирические и центральные столкновения с одинаковым уровнем сигнала в52ZDC, однако достаточно точная оценка центральности в рамках данного методаможет быть получена в диапазоне 0 − 30 %.3.1.2Метод определения центральностиПроиллюстрируем метод определения центральности в эксперименте на примере сигнала детекторной системы VZERO. На рис.

3.3 представлено minimumbias распределение сигнала в системе VZERO (суммарного сигнала в VZEROA и VZERO-C). Из-за того, что в области малой множественности заряженныхчастиц (низкого сигнала в VZERO) вклад электромагнитного взаимодействиядвух тяжелых ионов сравним с вкладом от неупругого столкновения, большаячасть периферических событий с центральностью более 90% не учитывается,так их отбрасывает триггер [45]. Этот эффект искажения выборки событийтриггером приводит к тому, что полное сечение рассеяния ядер оказываетсяизмерено неверно. Как следствие, если не вносить соответствующую поправку,определение, например, 5% центральных событий может привести к тому, чтоучитываются 5% от измеренного сечения рассеяния, а не от реального полногосечения, что влечет к некорректной классификации событий с точки зрениясравнения с модельными расчетами или с другими измерениями.Полное сечение рассеяния определяют по фитирующей функции к распределению множественности заряженных частиц, построенному с помощью модели Глаубера (рис.

3.3, красная линия). Множественность в модели Глаубераопределена через двухкомпонентное представление с тремя параметрами (см.раздел 1.3.8), которые выбираются из условия минимальности 2 фита [45].Полный интеграл от данной функции определяет полное число событий, поотношению к которому и выполняется разбиение на интервалы (классы) центральности. Точка, в которой фит и данные начинают расходиться, называетсяҡякорнойә точкой (anchor point), считается, что в более периферических событиях искажение от триггеринга настолько высокое, что исследовать эту областьцентральности не имеет смысла [46].ZDC energy (GeV)53240×103220ALICE Pb-Pb sNN=2.76 TeV20-30%20018010-20%1601401205-10%10080600-5%40200050010001500200025003000ZEM amplitude (a.u.)Рис. 3.2: Корреляция между полной энергией каллориметров ZDC и амплитудой сигнала в ZEM.

Классы центральности, определенные по данному распределению (линии), сравниваются с центральностью, определенной через VZERO(цветные точки) [45].54centrality resolution (%)Рис. 3.3: Распределение амплитуды сигнала VZERO (сумма VZERO-A иVZERO-C) для столкновений ядер свинца при энергии 5.02 ТэВ. Классы центральности определены по относительной площади под графиком. Полное число событий определенно с помощью модельного фитирования (красная линия).Вставка показывает увеличенное изображение области, соответствующей периферическим столкновениям [45]4.5 ALICE Pb-Pb sNN = 2.76 TeV43.53ZDC vs ZEM (4.8<η<5.7)V0A (2.8< η<5.1)V0C (-3.7< η<-1.7)TPC (|η|<0.8)SPD (|η|<1.4)V0A+V0C2.521.510.5001020304050607080centrality (%)Рис.

3.4: Разрешение различных детекторов для определения центральностистолкновения [47].553.1.3Сравнение центральности в различных детекторахALICEОценка центральности для каждого события может быть сделана независимо из значений множественности измеряемой каждым детектором: VZERO-A,VZERO-C, ZDC+ZEM, SPD и TPC.

Для набора событий с фиксированным значением прицельного параметра в каждом методе среднеквадратичное отклонение определения центральности было определено с помощью изучения корреляций между ними. Сравнение разрешений для различных детекторов представлено на рис. 3.4. Как видно, значения разрешения колеблются в интервале от0.5% до 4% и зависят от центральности.

Ошибка тем меньше, чем меньше регистрируемая множественность в интервале по псевдобыстроте, доступном длякаждого детектора [47]. Как видно, наилучшей разрешающей способностью обладает детекторная система VZERO, если для определения центральности использовать суммарную амплитуду сигналов в обоих детекторах (VZERO-A иVZERO-C). Однако, прочие детекторы могут быть использованы для изучениясистематики и для независимого опеределения центральности в случаях, когдаизмеряемая величина, анализируемая в классах центральности, построена изсигналов VZERO [46].3.1.4Калибровка центральностиПрежде чем получить процентное соотношение центральности столкновения, определенной по каждому детектору, необходимо определить границы, докоторых фоновые шумы не вносят вклад в значение множественности рожденных частиц.

Это делается с помощью процедуры нахождения якорной точки,о которой мы упоминали выше в разделе 3.1.2, нахождения якорной точки и сучетом поправок на положение первичной вершины столкновения. Зависимостьпоказаний детектора от положения первичной вершины столкновения присутствует уже при рассмотрении простых протон-протонных столкновений (см.рис. 3.5). Мы использовали экспериментальные данные по протон-протоннымстолкновениям при 13 ТэВ для отладки процедуры подсчета множественностирожденных частиц в разных детекторах.56Рис. 3.5: Зависимость сигнала в SPD от положения первичной вершины столкновения для протон-протонных столкновений при энергии 13 ТэВ. Фитированиеполиномом второго порядка дает возможность поправки на положение вершины во время процесса калибровки центральности [данная работа].После того, как получено скорректированное распределение множественности заряженных частиц, необходимо произвести его калибровку, что позволяетосуществить перевод значений множественности в процентные значения по центральности.

Калибровка центральности различных детекторов позволяет осуществлять такой анализ в разных диапазонах по быстроте, а также изучатькорреляции множественности, измеряемой в различных детекторах.Данная процедура была реализована для эксперимента ALICE. Автор принимал активное участие в разработке программы для осуществления калибровки центральности столкновений, которые в дальнейшем были внедрены вбиблиотеки AliROOT и теперь широко используются членами коллаборациидля анализа данных.Автор не только модернизировал и оптимизировал используемые программы, но также реализовал возможность измерения множественности и центральности на недавно введенном в эксплуатацию на эксперименте новом детектореAD (см.

раздел 2.2). Данный детектор покрывает более дальние окна по быстроте ( 4.8 < < 6.3 (ADA) и −7.0 < < −4.9 (ADC)) и является более ста-бильным, в отличии от детектора VZERO, в котором происходит необратимаядеградация сцинтилляторов со временем, за счет чего средняя множественностьрожденных частиц, которую он может измерить, резко падает со временем приодном периоде набора данных. Корреляции множественности в разных диапа-57зонах по псевдобыстроте с использованием детекторов VZERO, AD и SPD былиобнаружены уже при протон-протонных столкновениях при энергии 13 ТэВ, накоторых мы производили настройку анализа (см. рис 3.6 и 3.7).

Это дает возможность использовать детектор AD для подсчета центральности столкновенийв быстротном диапазоне 4.8 < < 6.3, −7.0 < < −4.9 при столкновенияхядер, в которых приобретает смысл само понятие центральности.Рис. 3.6: Корреляция в разных диапазонах по псевдобыстроте между амплитудой сигнала в детекторе AD и числом треклетов в SPD [данная работа].Рис.