LHC-ALICE実験√s=900GeV陽子-陽子衝突における荷電粒子累積方位角相関

宇宙史拠点実習2010/03/22
高エネルギー原子核実験
木村瑞希

目次
 はじめにクォーク・グルーオンプラズマ
LHC-ALICE実験
今までの研究 研究目的 解析方法 結果
２粒子方位角分布
累積方位角相関 まとめ2

はじめに
QGP(Quark Gluon Plasma）とは・・・・
強い相互作用で結ばれているクォークとグルーオンが高温・高密度において自由に飛び回ることのできる状態のこと。

クオークやグルーオンの相互作用の解明

QGPを生成するには・・・

高エネルギー重イオン衝突実験
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LHC-ALICE実験
LHC（Large Hadron Collider）
大型ハドロン衝突型加速器
所在地：スイスとフランスの国境のCERN
円周約27km
√sNN = 5.5TeV 鉛+鉛√s = 14TeV 陽子+陽子が可能
世界最高エネルギーの粒子衝突実験
ALICE,ATLAS,CMS,LHCb実験

ALICE実験 重イオン衝突実験
主にQGPの性質を解明することを目的としている
 陽子+陽子衝実験
重イオン衝突のリファレンス、ハドロン生成機構の解明を目的としている

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今回解析に使用した検出器

TPC(Time projection Chamber)
ガスチェンバー
Ne+CO2混合ガス
全方位角、|η|<0.9
荷電粒子の飛跡検出・粒子識別

ITS(Inner Tracking System)
全方位角、|η|<0.9
粒子の崩壊点の測定
衝突点の測定低運動量粒子の飛跡検出・粒子識別3つのシリコン検出器（SSD,SPD,SDD）

5今までの研究 これまでのQGP生成を示唆する結果①jet quenching （Jetの抑制）
Jetとは、たくさんのハドロンが特定の方向に集中して放出される現象である。
Jet方位角分布
黒p+p: 0とπにピーク（back-to-backにjet検出）
青Au+Au: 0にピークはあるがπのピークが消えているパートンがQGPを通過する際にエネルギーを損失している。
Adler et al., PRL90:082302 (2003), STAR

原子核－原子核衝突

核子－核子衝突

jetpp

Au

媒質なし

QGP相あり Au?

エネルギーを失ったjet

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②累積方位角相関z

flowと、jetなどの”non-flow”効果の足し合わせx反応平面(reaction plane)

Flow

生成粒子放出分布を反応平面の為す角度Φでフーリエ級数展開dN
 N o (1  2v1 cos(   RP )  2v2 cos(2(   RP ))  )d (   RP )原子核と原子核の衝突が起き、QGP生成長軸よりも短軸の方が圧力勾配が大きい短軸方向により多く粒子が放出される
Hydro;Phys. Rev. C 67 (03) 044903
v2; Phys.Rev.Lett.91 182301 (2003)

v2v2  cos(2(φ RP )) V2は粒子放出の楕円的なかたよりを表している

・衝突関与部の初期の幾何学的な異方性が運動量空間における方位角異方性となって検出されている
衝突で生成された物質の性質を反映している測定・low pT(1GeV以下)は流体の計算と一致
QGP生成示唆

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緑：p+p,赤：Au+Auの累積方位角分布を比較
・Au+Auの非中心衝突ではp+pと同じふるまい
・Au+Auが中心衝突になるにつれてp+pより大きな値
flowなどの効果

Arxiv:nucl-ex/0407007v3
associate 0.15<pT<2.0Gev

QGPが生成されていると考えられるcentralityで累積方位角相関の値が増加する

Au+Au

p+p

Jet

Jet

hard

Flow

Flow??

soft

Thermal emission

Thermal emission??

Quark
recombination

Quark
recombination??

Reference粒子のｐT領域を分けて測定することでSoft過程の効果とhard過程の効果を区別できると期待されている新しい解析方法

triggerHardjetなどの高い横運動量をともなう粒子生成過程
Soft
Thermal emissionやQuark recombinationなどの粒子生成過程
高運動量粒子が少ない
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研究目的
・今までのp+p衝突の2粒子相関では、QGP生成を示唆する結果はでていない
QGPを知る上で、p+p衝突のシステムを理解することは必要である。
・QGP生成されるとsoftな過程で出来る、相関をもつ低いpTの粒子が増える
QGPが出来たサイン
粒子をsoft過程hard過程で分けて解析が必要
LHC実験データによる解析が注目を集めている

LHC-ALICE実験√s=900GeV陽子-陽子衝突のおいて2粒子方位角分布を求める
今までの陽子-陽子衝突との違いを見る
新しい解析方法である、累積方位角相関を求める
pT領域を変えて測定することで、soft過程の効果とhard過程の効果の違いを見る
9データ解析
 データセット
ALICE実験p+p衝突900ＧｅＶ（Pass2）
 解析ツール
AliRoot
ALICE実験における高エネルギー物理のシミュレーション、データ解析などを行うために必要な一連のソフトウェアがセットになったもの。

 Cut
TPC Track Quality Cut・・・refit,クラスター数80、eta制限
Select Minimum Bias Trigger
Z vertex cut・・・20cm
ΔφvsΔηで０付近のピークcut102粒子方位角相関①2粒子を選ぶ

Trigger

Trigger粒子：基準とする粒子
Associate粒子：ペアとして選んだ粒子
Associate_1
Associate_3②ペアごとにΔφを計算
Associate_2

Δφ=φa-φtΦt=trigger粒子の方位角φΦa=associate粒子の方位角φTriggerp0pΔΦ

バックグラウンドはEvent Mixingによって導出した
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累積方位角相関 i cos 2(i   )trig

trig ：Trigger粒子(基準とする粒子)の方位角
i：同じイベント内のTrigger粒子以外の、ある領域のpTを持つ粒子（associate粒子）の方位角

 i cos 2(i   ) を計算
trig

Trigger pTは0.3GeV刻みペアを作ったtrigger粒子の数で割ることで平均をとる。
associate粒子のpT
low:0.4<pT<2GeV
high:2GeV<pT

12Cu+Cuと比較

結果：2粒子相関

ALICE p+p900GeV

Associate 0.2<pT<2.02.0<Pt
PHENIX Cu+Cu200GeV

trigger:2.0<pT<4.0,associate:1.0<pT<2.0)
Centrality 50-70%

Trigger
1-2GeV

2-3GeV

3-4GeV-ππ-π

縦軸：1triggerあたりのハドロン数
横軸：ΔφπBack-to-backの分布
今までの陽子陽子衝突における分布と類似
Cu+Cuの周辺衝突の分布の形とも類似

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QGPが生成されていないと考えられる

結果：累積方位角相関p+p900GeV pass2

緑色：900GeV
lowhigh

洞口さんPHYTHIAシミュレーション結果
PHYTHIAシミュレーションの値とほぼ一致
QGP生成されていないと考えられる

Lowがhighよりも大きな異方性を示す
p+p衝突において、associate粒子のｐTを区別することによってsoft過程効果とhard過程の効果を分けることが出来た。

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解析結果がPYTHIAと結果がほぼ同じになった
QGP生成されてない？？

PHENIX200GeV Cu+Cu
By Kimuramultipulicityで分けてより詳しい解析が必要。
Centralとfowordのmultiplicityの相関を見る
相関ありQGP生成の可能性
相関なしほぼjet生成だけ

PHENIX200GeV p+p
By Kajigaya

QGP生成された時、されてない時の累積方位角相関の分布を得ることで今後、重イオン衝突のリファレンスとして解析することが出来る
また、reference粒子の条件を変えることでsoft過程だけを抽出することが出来ると考えられる。
・ハドロン生成機構の研究（これから、洞口さん・渡辺さんによって解析、研究が行われていく。）
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まとめ LHC-ALICE実験√s=900GeV陽子-陽子衝突のおいて2粒子方位角分布を求めた・back-to-backの描像が得られた
今までの陽子-陽子衝突と同じ結果

 累積方位角相関を求めた・lowとhighでは異なった値を示し、lowの方が大きな値を示す

reference粒子のpTの違いによってsoft過程の効果とhard過程の効果を分けることができた
・PYTHIAとほぼ同じ値が出た
QGP生成されていないと考えられる
今後・・・multiplicityで分けてみることで、より詳しい研究が必要
また、今回はpass2のデータだが、pass5のデータなどの解析をすることが必要
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Back-up

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TPC(Time projection System)
全方位角、|η|<0.9
荷電粒子の飛行検出
TRD(Tradition Radiation Detector)
全方位角、|η|<0.9
荷電粒子の飛行検出
電子識別
TOF(Time of Flight)
全方位角、|η|<0.9
粒子の飛行時間測定
pT2.5GeVまでπ/k識別pT4.0GeVまでk/p識別
ITS(Inner Tracking System)
全方位角、|η|<0.9
粒子の崩壊点の測定
低運動量粒子の飛跡検出

FMDについても加える18解析するにあたり以下のようなカットをかけた

Cut
TPC Track Quality Cut・・・refit,クラスター数80、eta制限
Select Minimum Bias Trigger
Z vertex cut・・・20cm
ΔφvsΔηで０付近のピークcut

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②累積方位角相関zflowと、jetなどの”non-flow”効果の足し合わせx反応平面(reaction plane)

Flow

生成粒子放出分布を反応平面の為す角度Φでフーリエ級数展開dN
 N o (1  2v1 cos(   RP )  2v2 cos(2(   RP ))  )d (   RP )原子核と原子核の衝突が起き、QGP生成長軸よりも短軸の方が圧力勾配が大きい短軸方向により多く粒子が放出される

v2v2  cos(2(φ RP )) V2は粒子放出の楕円的なかたよりを表している

・衝突関与部の初期の幾何学的な異方性が運動量空間における方位角異方性となって検出されている
衝突で生成された物質の性質を反映している測定・quark number scalingが成り立つ（1-3kET）QGP生成示唆20

結果：2粒子相関
Associate 0.2<pT<2.02.0<Pt

Back-to-backの分布
これまでのp+pの分布の形とTrigger
1-2GeV似ている

2-3GeV

次に、2粒子相関からflowを引いた分布を見ていく。

3-4GeV-π
縦軸：ハドロン数
横軸：Δφπ-ππV2=0、ZIAMで引き算1triggerあたりに規格化

21• FMDでfowordだけのmultuplicity依存が測定できたらやってみる

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PHENIX実験Cu＋Cu200GeVの結果と比べる
・p+pのlowとCu+Cuの周辺衝突では、よく似た形になっている。
・p+pのlowよりもCu+Cuの中心衝突が大きい値を示している
異なった現象が起こっている（QGP生成or生成されていない）
ALICE p+p900GeVPHENIX Cu+Cu200GeV

Reference 0.5<pT<2.0Gev

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②累積方位角相関

Reference 0.15<pT<2.0Gev

flowと、jetなどの”non-flow”効果の足し合わせ

緑:p+p
赤:Au+Au
Au+Auの周辺衝突ではp+pとほぼ同じ
”non-flow”効果
Au+Auは周辺衝突以外ではp+pより大きな値
楕円的方位角異方性の効果

QGPが生成されていると考えられるcentrality
で累積方位角相関の値が増加する
Reference粒子のｐT領域を分けて測定することでSoft過程の効果とhard過程の効果を区別できると期待されている新しい解析方法

trigger
Arxiv:nucl-ex/0407007v3

Hardjetなどの高い横運動量をともなう
粒子生成過程Soft
Thermal emissionやQuark recombinationなどの粒子生成過程
高運動量粒子が少ない
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