LHC-ALICE実験におけるクォークジェット・グルーオンジェット識別の研究

横山広樹 for the ALICE Collaboration
2010/03/20
日本物理学会第65回年次大会
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Outline• 導入• Quark Gluon Plasma(QGP) ,LHC-ALICE実験• ジェット抑制効果• 研究動機• 解析方法• 結果• Quark-JetとGluon-Jetの違い• Likelihood法を用いたQuark/Gluon-Jetの識別• 結論

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Quark Gluon Plasma(QGP)

宇宙の進化の過程(~数µ秒)
 高温高密度物質の膨張・冷却
 パートン物質からハドロン物質への相転移
 クォーク・グルーオンプラズマ(QGP)
Lattice QCD
 Tc ~ 150-170 MeV
 εc ~ 1 GeV/fm3
高エネルギー重イオン衝突実験
 高温高エネルギー密度状態の再現
 LHC-ALICE 実験√sNN = 5.5TeV Pb+Pb√s = 14 TeV p+p3

ジェット抑制効果
 QGP中でのパートンのエネルギー損失
 Δϕ=π 方向のジェットの消失(RHIC)
 LHCでの予測 世界最大の衝突エネルギー 多数の高エネルギージェットの生成

Jet ~200GeV(Inclusive-Jets)
 QGPを貫通

QGP

q/gq/ggluon radiation

QGP中でのパートンのエネルギー損失機構の理解のためにジェット事象は有効である
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ジェット抑制効果
 QGP中でのパートンのエネルギー損失
 Δϕ=π 方向のジェットの消失(RHIC)
 LHCでの予測 世界最大の衝突エネルギー 多数の高エネルギージェットの生成

Jet ~200GeV(Inclusive-Jets)
 QGPを貫通

QGP

q/gq/ggluon radiation

QGP中でのパートンのエネルギー損失機構の理解のためにジェット事象は有効である
4

研究動機
QGP中でのパートンのエネルギー損失機構の解明
パートンのエネルギー損失の測定→Di-Jet, γ-Jet
パートン種の推定
Parton-IDの可能性
ジェット内粒子分布を用いたQuark/Gluon-Jet識別
Likelihood法
シミュレーションを用いたQuark/Gluon-Jet識別の可能性の評価

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Q-PYTHIA (AliRoot framework)
PYTHIA + パートンのエネルギー損失
 0-10% central AA collision

BDMPS based energy loss2
ˆ"E BDMPS # $ S CR q LL [fm] :パートンの通過距離
CA=3 (Gluon)

CF=4/3(Quark)!

qhat [GeV2/fm] : transport coefficient(モデルパラメータ)

Quark/Gluon-Jetの違い(CDF)Ng/Nq~1.5
PRL 94, 171802
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Analysis Flow & Analysis Conditions
PYTHIA p+p 14TeV

Q-PYTHIA Pb+Pb 5.5TeV‣AliRoot v4-17-01‣Pythia6, kPyJets‣(2→2 jet production)‣AliRoot v4-17-01‣qPythia, kPyJets‣qhat=50GeV2/fm‣0-10% centralfastjet anti-kt (Jet Reconstruction)‣Fastjet(http://www.lpthe.jussieu.fr/~salam/fastjet/)‣pT cut of single particle = 0.5GeV/c‣Using detectable particles in ALICE‣Jet radius parameter : R=0.4

HIJING
Pb+Pb 5.5TeV

Jet Separation using Likelihood method✓

Selection of Quark/Gluon-Jet sample✓ The largest energy jet in dRparton<0.5✓ dRparton : distance from initial parton✓ dRparton =√((ηjet-ηparton)2+ (ϕjet-ϕparton)2)
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Quark-JetとGluon-Jetの違い

ξ@Et100GeV
pT[GeV/c]

破砕関数
12

34

536.8 13.5

5.0

1.8

0.7

# E Tjet &# 1&" = log% ( = log%($ z'p$ T 'higher hump-back plateau
 Quenched-Jets
 Gluon-Jets

!
R=0.4

- Gluon Jet- Quark Jet

PbPb 5.5TeV(qPYTHIA)

R=0.4
pp14TeV(PYTHIA)

Gluon-JetはQuark-Jetに比べジェット内の低(高)運動量粒子が多い(少ない)8

Quark-JetとGluon-Jetの違い
Likelihood法で用いるパラメータ

ジェット内粒子数

粒子の最大横運動量

ジェットの半径方向の拡がり

9Likelihood法(quark-Jet trigger)

εq=60%(e.g.)(i)(i)
Pquark,Pgluon: probability _ of _ ith _ parameter・・・

Gluon-Jet誤識別能率

→Quark/Gluon-Jet識別の強さ
10- Gluon Jet- Quark Jet

Quark/Gluon-Jetsの識別
p+p √s=14TeV(Pythia)

Quark-Jet Trigger
Pb+Pb √sNN=5.5TeV(qPythia+HIJING)

~20%
~40%
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Quark/Gluon-Jetsの識別
p+p √s=14TeV(Pythia)

Quark-Jet Trigger
Pb+Pb √sNN=5.5TeV(qPythia+HIJING)

~20%
~40%

識別後のジェット内のQuark-Jetの割合は εq によって変化する
11まとめと今後まとめ:
Likelihood法を用いたQuark/Gluon-Jet識別
Quark-Jet識別効率によって識別されたジェット内のQuark-Jetの割合を変化させることが可能
εquark:1.0→0.4 fracquark:~40% effect (p+p14TeV)

εquark:1.0→0.4 fracquark:~20% effect (Pb+Pb 5.5TeV)
今後:
Likelihood法で用いるパラメータの重み付けNN法を用いたQuark/Gluon-Jet識別可能性の評価

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backup13

Di-Jet, γ-Jet


Di-Jets
parton pairγ-Jets

ppAAcompton
γ-parton pairpp

Energy Balanced

Energy Balanced…
14AA

Reach of Jet Energy at ALICE

Inclusive-Jet, Di-Jet, γ-Jet Annual Yield at ALICE 104 events/year for Jet Analysis Inclusive-Jet : ~200GeV Di-Jet : ~100GeV

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fastjet anti-kt algorithm
FastJet-anti-kt algorithm(http://www.lpthe.jussieu.fr/~salam/fastjet/)
1. calculate dij and diB by all particles combination
2. when minimum “d” among them is part of dij
merge particle “i” and “j”
3. when minimum “d” among them is part of diB
that cluster defined as jet
4. repeat until no particle are left

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Heavy Ion BackgroundA lot of particles from minijets & QGP
→Background for high energy jets

BKG is increase as jet-radius parameter : R

Particle pT-cut for subtract BKG

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Separation of Quark/Gluon-Jetsp+p √s=14TeV(Pythia)

Gluon-Jet Trigger

Pb+Pb √sNN=5.5TeV(qPythia+HIJING)

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pTcut dependence
pT>0.5GeV/c

Quark-Jet Trigger
pT>1.0GeV/c

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Pb+Pb √sNN=5.5TeV(qPythia+HIJING)
pT>2.0GeV/c

pTcut dependence
pT>0.5GeV/c

Gluon-Jet Trigger
pT>1.0GeV/c

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Pb+Pb √sNN=5.5TeV(qPythia+HIJING)
pT>2.0GeV/cFragmentation Function

p+p √s=14TeV(Pythia)Quark-Jet Trigger (εq=0.4)

Pb+Pb √sNN=5.5TeV(qPythia+HIJING)

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Fragmentation Function

p+p √s=14TeV(Pythia)

Quark-Jet Trigger (εq=0.4)

Pb+Pb √sNN=5.5TeV(qPythia+HIJING)

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Fragmentation Function

p+p √s=14TeV(Pythia)

Gluon-Jet Trigger (εg=0.4)

Pb+Pb √sNN=5.5TeV(qPythia+HIJING)

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Fragmentation Function

p+p √s=14TeV(Pythia)

Gluon-Jet Trigger (εg=0.4)

Pb+Pb √sNN=5.5TeV(qPythia+HIJING)

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Surface Bias

Quark-Jet Trigger (εq=0.4)

path length(assume R=7.1fm)23

Surface Bias

Quark-Jet Trigger (εq=0.4)

path length(assume R=7.1fm)

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Surface Bias

Quark-Jet Trigger (εq=0.8)

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Surface Bias

Quark-Jet Trigger (εq=0.8)

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Surface Bias

Gluon-Jet Trigger (εg=0.4)

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Surface Bias

Gluon-Jet Trigger (εg=0.4)

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Surface Bias

Gluon-Jet Trigger (εg=0.8)

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Surface Bias

Gluon-Jet Trigger (εg=0.8)

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