Electrons from heavy-flavor semileptonic decays in proton-proton collisions at √ s = 13 TeV measured with the ALICE detector at the LHC

Heavy-flavor hadrons, containing charm and bottom quarks, serve as a tool available for the characterization of the hot and dense strongly interacting Quark Gluon Plasma state of matter, produced in heavy-ion collisions. As a benchmark for heavy-ion collision measurements, proton-proton collisions are also studied. This thesis reports on the analysis of proton-proton collisions, reconstructed with the ALICE detector at √ s = 13 TeV, to measure heavy-flavor semileptonic decays to electrons, for 2 < pT < 10 GeV/c. The project described here employs two different methods for the description of number of electrons from heavy-flavor hadrons, where the first analysis makes use of a background estimation and photon-electron rejection from the heavy-flavor electron candidates sample. The second analysis employs measurements of the fraction of electrons from heavy-flavor hadrons, as compared to other sources, by study of the Distance of Closest approach (DCA) distributions of particle tracks. The methods used are described and the results are presented and discussed together with an outlook for this project. Acknowledgements I would like to thank David Silvermyr and Peter Christiansen for introducing me to the study on QGP and for all their support, help and feedback during the whole project. Many thanks to Anders Oskarsson, Evert Stenlund, Tuva Richert, Vytautas Vislavicius, Jonatan Adolfsson and Martin Ljunggren for sharing their invaluable expertise on both particle physics and programming throughout the passed year and also for their feedback on this report. Also, great thanks to Maria Mårtenson, Adam Johansson, Adrian Nassirpour and Rickard Lydahl for fruitful discussions and a lot of fun during this process. Populärvetenskaplig sammanfattning Partikelfysik, ocks̊a kallat högenergifysik, är studiet av de minsta partiklarna: elementarpartiklarna och deras växelverkan med varandra. Genom att accelerera partiklar till höga energier och l̊ata dem kollidera, med ett fixerat m̊al eller en annan skur av partiklar, skapas tillst̊and och partiklar som vanligtvis inte förekommer i v̊ar värld. Partikelfysikforskning bedrivs i huvudsak genom att studera partiklarna som kommer ut ur partikelkollisioner. Med tungjonskollisioner har man funnit att ett alldeles särskilt tillst̊and av materia skapas: ett s̊a kallat Kvark Gluon Plasma (QGP). Detta tillst̊and är unikt p̊a s̊a sätt att kvarkar och gluoner, som vanligtvis alltid är bundna i större sammansatta partiklar benämnda hadroner, beter sig i Kvark Gluon Plasmat som om de vore nästan helt fria. Kvark Gluon Plasma tillverkas idag i kollisioner av bly-kärnor vid the Large Hadron Collider (LHC) p̊a CERN (European Organization of Nuclear Research). Kvark Gluon Plasmat är extremt kortlivat, med en livstid p̊a omkring ett par fm/c ( ∼ 10−23 sekunder), vilket omöjliggör direkta studier och undersökningar av QGP:n. För att karakterisera och undersöka QGP:ns egenskaper måste man istället studera partiklarna och tillst̊anden som kommer ut fr̊an partikelkollisionerna. I huvudsak vill man via studiet av Kvark Gluon Plasmat karakterisera signaler som indikerar att ett Kvark Gluon Plasma tillverkats och hur Kvark Gluon Plasmat utvecklar sig rumsligt. En s̊adan metod involverar de tunga kvarkarna, charm och botten. Dessa kvarkar skapas tidigt i partikelkollisioner, innan bildandet av ett Kvark Gluon Plasma, varp̊a de kan röra sig genom det unika mediumet. Genom analyser av hur de tunga kvarkarna beter sig i Kvark Gluon Plasmat kan man dra slutsatser om plasmats egenskaper, s̊a som densitet och temperatur. För att studera tunga kortlivade partiklar, s̊a som hadroner som best̊ar av tunga kvarkar, studeras partiklarnas sönderfallsprodukter. Ofta refererar man till partikeln som sönderfaller som moderpartikeln medan sönderfallsprodukterna är dess dotter-partiklar. I denna rapport beskrivs en dataanalys av proton-proton kollisioner i LHC detekterade med ALICE (A Large Ion Collider Experiment) -detektorn. Dataanalysen är konstuerad för att bestämma antalet elektroner fr̊an tunga-kvark partiklars sönderfall. Motiveringen bakom analysen av proton-proton, kollisioner istället för studiet av tunga-kärn-kollisioner eller kollisioner av kärnor med protoner, är att det för analysen av kärn-kollisioner behövs proton-proton-kollision analyser som referens.