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1 Isolation des photons de grande impulsion transverse dans les collisions proton+proton à THESE DE DOCTORAT : Ahmed HADJ HENNI

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Présentation au sujet: "1 Isolation des photons de grande impulsion transverse dans les collisions proton+proton à THESE DE DOCTORAT : Ahmed HADJ HENNI"— Transcription de la présentation:

1 1 Isolation des photons de grande impulsion transverse dans les collisions proton+proton à THESE DE DOCTORAT : Ahmed HADJ HENNI

2 2 Contexte Physique. Présentation de RHIC, PHENIX et EMCal. Méthode d extraction des photons directs (SICA). Analyse des données. Détermination des photons directs. Présentation dautres méthodes et comparaison avec SICA. Discussion sur les résultats et Conclusion.

3 3 La QCD prédit un changement de phase de la matière nucléaire dans conditions particulières de température et de densité baryonique (T, B ). Lorsque r 0 alors s 0 Liberté Asymptotique. Etat déconfiné de la matière Plasma de quarks et de Gluons (PQG) T c ~ 170 MeV c ~ 0.7 GeV/fm 3 Le diagramme des phases et le Plasma de quarks et de gluons. Etat normal de la matière quarks confinés à lintérieur des nucléons

4 4 Le RHIC est capable de créer les conditions nécessaires à la création dun nouvel état de la matière: initial state pre-equilibrium QGP and hydrodynamic expansion hadronization hadronic phase and freeze-out 2 fm/c 7 fm/c Observables Globales : centralité de la collision,Energie transverse… Observables de l état final : taux de particules, distribution en pT… Observables de l état initial : photons directs, di-leptons… 0 fm/c Scénario dune collision. Dans les collisions Au-Au centrales à 200 GeV :

5 5 p T (GeV/c) 1,0 4, t (fm/c) Processus durs (jets) Gaz de partons (QGP) Gaz hadronique 0,, etc... Photons thermiques directs décroissances Processus partoniques durs : Rayonnement thermique du QGP à bas pt ( non encore observé ). Essentiellement issus des mésons Les photons comme sonde du Plasma. Annihilation + Compton

6 6 Bonne référence ( pQCD ) pour les collisions Au+Au. Direct(Au+Au) mesuré – Direct(p+p) mesuré = photons thermiques Test pour les prédictions théoriques pQCD. Milieu propice à un premier test de la nouvelle méthode SICA. Les Photons interagissent faiblement avec le plasma ( ils ne sont pas sensibles à linteraction forte ) et gardent intacte linformation sur les premiers instants de la collision. Les photons directs à haut pt (photons prompts) sont plus simples à différentier du fond ( essentiellement ). Le QGP pourrait être detecté via la radiation des photons thermiques + info sur la température initiale. Pourquoi les photons ? Collisions p+p: Photons Directs: – Definition: Photons qui ne proviennent pas de la décroissance dun hadron. – Fond important :

7 7 Contexte Physique. Présentation de RHIC, PHENIX et EMCal. Méthode d extraction des photons directs (SICA). Analyse des données. Détermination des photons directs. Présentation dautres méthodes et comparaison avec SICA. Discussion sur les résultats et Conclusion.

8 8 Run I (2000) Au-Au 130 GeV ~ 24 b -1 RunII ( ) p-p 200 GeV ~ 0.15 pb -1 RunIII ( ) d-Au 200 GeV ~ 2.7 nb -1 p-p 200 GeV ~ 0.35 pb -1 RunIV ( ) Au-Au 200 GeV ~ 120 b -1 Au-Au 62.4 GeV RunV ( ) Cu-Cu 200 GeV & 62.4GeV RunVI ( ) p-p 200 GeV & 62.4GeV (polarisées) Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) BNL ( New-York ) 3.83 km de circonférence 4 pts d intéractions: STAR BRAHMS PHOBOS PHENIX Campagnes de prises de

9 9 Deux bras centraux pour la mesure des hadrons, photons et électrons Deux bras avants pour la mesure des muons Détecteurs de caractérisation des collisions (centralité, Z vertex ). PHENIX: Pioneering High Energy Nuclear Interaction eXperiment 2 types de déclenchements utilisés : BBC Acquisition des événements de biais minimum (MB) 50 % defficacité de détection. ERT pour EMCal RICH Level1 Trigger pour les événements rares à haut p t : EMCal + RICH électrons EMCal Photons ERT_Gamma3BBCLL1 (G3) seuil > 1.5 GeV

10 10 Scintillateurs à Plomb (PbSc) tours individuelles Verre au plomb (PbGl) tours individuelles Une segmentation fine du calorimetre : Permet de distinguer 2 photons dun 0 jusquà pT~25GeV/c EMCal: ElectroMagnetic Calorimeter Acceptance : | | < ; = 90º x tours 5m

11 11 Contexte Physique. Présentation de RHIC, PHENIX et EMCal. Méthode d extraction des photons directs (SICA). Analyse des données. Détermination des photons directs. Présentation dautres méthodes et comparaison avec SICA. Discussion sur les résultats et Conclusion.

12 12 Spectroscopic Isolation Cut Analysis (SICA) Le taux de branchement de la décroissance EM du = 98.8% + forte multiplicité. On ne prend en compte que la décroissance du pion neutre !!! 1. Dès qu on détecte un photon, on définit un cône autour avec une ouverture en angle 2. On impose que lintersection du cône avec le détecteur soit contenue à lintérieur de ce dernier. Si cest le cas « photon candidat » 3. On cherche un partenaire à lintérieur de ce cône + vérification que la masse invariante est proche de la masse du ( ). Si cest le cas photons issus d une décroissance EM du. Sinon « photon isolé »

13 13 Dans le référentiel du laboratoire: facteur dasymétrie en énergie: angle relatif entre les deux photons: Cinématique de décroissance du :

14 14 1. Restriction du domaine du facteur dasymétrie due à l acceptance limitée d EMCal introduction de 2. Estimation de lénergie du : 3. Energie seuil danalyse (0.50 GeV): Conditions réelles : Compromis entre une bonne statistique N cand et une bonne probabilité de former une paire Estimation de louverture du cône

15 15 Calcul de l excès total de photons directs [1]: Lexcès total peut sexprimer comme : Or : Le spectre du taux de production de photons directs sobtient alors à partir du spectre de photons inclusifs par : Spectre de photons inclusifs (analyse des données) Lexcès total calculé en utilisant SICA Spectre de pions neutres (analyse des données) pour la simulation Il nous faut :

16 16 Calcul de l excès total de photons directs [2]: Ce qui donne pour les données : Finalement : Approximé en : simulation les données. On définit alors le rapport: Lexcès de photons directs comparé aux photons de décroissance du pion sécrit : simulation données Fausses recombinaisons

17 17 Calcul de l excès total de photons directs [2]: Lexcès total sécrit alors : Fraction de photons issue de la décroissance de hadrons comparée à celle issue du pion neutre. Contamination en particules chargées, par rapport au pion neutre, du spectre de photons directs. Excès de photons directs par rapport à ceux du -- Il faut tenir compte des autres contributions !

18 18 Contexte Physique. Présentation de RHIC, PHENIX et EMCal. Méthode d extraction des photons directs (SICA). Analyse des données. Détermination des photons directs. Présentation dautres méthodes et comparaison avec SICA. Discussion sur les résultats et Conclusion.

19 19 Etude uniquement sur les 6 secteurs PbSc Sélection des données Run3 p+p à 200 GeV. Sélection sur le pic de masse invariante et sur sa largeur : Evolution de la position moyenne du pic masse invariante en fonction du numéro de campagne. Numéro de campagne

20 20 Coupures de sélection des photons Fig3: Spectre de photons dans les différents cas de coupuresFig4: Taux de photons restant après les différentes coupures Uniquement la coupure chi2 pour la suite... chi2 < 3.0 tof < 1.5 ns pid > 12.0 cm 3 coupures différentes disponibles: temps de vol chi2 particules chargées

21 21 Mesure de la production de photons inclusifs. Spectres bruts renormalisés MB et G3 Pt transition 3.5 GeV/c

22 22 distribution plate en pt 0 < pt < 20 GeV/c pondérée par f(pt) distribution plate |zvert| < 30 cm < y < 0.45 Acceptance et Efficacité: ~ 0.27

23 23 X ch : contamination en particules chargées valeur constante de 14% pour pt > 3 GeV/c ( cf Ch. Klein-Bösing – Ph.D. thesis ). Xnn : contamination en Neutrons/AntiNeutrons (paramétrisation H. Torii) ~ 8% Contaminations… cconv : photons perdus par conversion avant PbSc. 10 % à 1 GeV/c et 1% à 3 GeV/c.

24 24 Section efficace invariante de production de photons inclusifs. Section efficace invariante de production des photons inclusifs dans les collisions p+p à 200 GeV pour les secteurs PbSc.

25 25 Mesure de la production de pions neutres. Spectres bruts renormalisés MB et G3 Efficacite trigger ERT_Gamma3 Efftrig ~ Pt transition 3.5 GeV/c Pt (GeV/c)

26 26 Efficacite de reconstruction et acceptance. Tenir compte de leffet de recouvrement à haut pt. ~ 0.17 Pt (GeV/c)

27 27 biais de déclenchement BBC e-03 pt GeV

28 28 Section efficace invariante de production des pions neutres dans les collisions p+p à 200 GeV pour les secteurs PbSc. Section efficace invariante de production de pions neutres.

29 29 Contexte Physique. Présentation de RHIC, PHENIX et EMCal. Méthode d extraction des photons directs (SICA). Analyse des données. Détermination des photons directs. Présentation dautres méthodes et comparaison avec SICA. Discussion sur les résultats et Conclusion.

30 30 Détermination des photons directs Rappel : Première étape détermination de : Avec : Et : simulation données Deuxième étape détermination de : simulation

31 31 Spectres (U.A) des photons candidats (carrés) et des photons isolés (croix) pour différentes coupures en asymétrie avec en entrée du code de simulation FMC un ajustement du spectre de pions neutres mesuré. Calcul de et (simulation)

32 32 Rapport des spectres photons isolés sur photons candidats pour différentes coupures en asymétrie, estimé par une simulation Monte Carlo. Calcul de

33 33 Spectres des photons candidats (carrés) et des photons isolés (croix) pour différentes coupures en asymétrie pour les données CampagneIII p+p à 200 GeV Calcul de et (données)

34 34 Calcul de Rapport des spectres photons isolés sur photons candidats pour différentes coupures en asymétrie pour les données CampagneIII p+p à 200 GeV.

35 35 Calcul de Excès de photons directs pour différentes coupures en asymétrie.

36 36 Calcul de Fraction de photons provenant dune décroissance de méson par rapport à ceux provenant de la désintégration de pions neutres, pour différentes coupures en asymétrie. ~ 0.19

37 37 Calcul de Excès total de photons directs calculé pour différentes coupures en asymétrie.

38 38 Estimation de Estimation de lexcès total moyen en fonction de limpulsion transverse et entre [4; 8] GeV/c. Les zones grisées correspondent aux erreurs systématiques. Err. Syst. Valeurs min. et max. de lexcès.

39 39 Calcul de la fraction de photons directs Calcul de la fraction de photons directs moyen entre [4; 8] GeV/c. Les zones grisées correspondent aux erreurs systématiques.

40 40 Présentation dautres Méthodes PHENIX *: Méthode par étiquetage du pion neutre ( tagging method). Méthode par soustraction (Cocktail soustraction method) Sélection dun échantillon de photons candidats dans une zone fiduciaire préétablie. Chercher dans lensemble du détecteur un photons partenaire. Vérification en masse invariante Spectre de photons de décroissance tiré du spectre mesuré par PHENIX. Utilisation du m T scaling pour estimer les autres contributions hadroniques. Introduction dun double rapport : * Phys. Rev. Lett. 98, (2007)

41 41 Section efficace invariante de production des photons directs dans les collisions p+p à 200 GeV calculée par la méthode SICA comparée au résultat danalyses Déjà publiées. Les rectangles grisés correspondent aux erreurs systématiques. SICA Phys. Rev. Lett. 98, (2007)

42 42 Discussion et Conclusion. Le résultat SICA semble supérieur aux autres analyses PHENIX. 1.Un excès SICA trop important tenir compte de la contribution en particules chargées de lordre de 14% dans la cas des photons inclusifs. Comparaison entre lexcès trouvé par SICA et celui de la méthode par Soustraction. Pour p t entre GeV/c : 2. Impossibilité de comparer le spectre de photons inclusifs de lanalyse avec un résultat PHENIX déjà publié. 3. Difficulté de mettre en oeuvre de façon complète un nouvel algorithme.

43 43 Discussion (suite) :

44 44 Conclusion : La méthode SICA présentait lavantage dêtre un mélange des deux méthodes précedemment citées. Un écart important de la section efficace de production de photons directs avec les autres analyses Plusieurs pistes ont été avancées. Une section efficace de production de pions neutres pour la CampagneIII proton+proton à 200 GeV a été fournie. Une section efficace de production de photons inclusifs pour la CampagneIII proton+proton à 200 GeV qui na pu être comparée à des résultats PHENIX.

45 45

46 46 Excès donnés par hep-ex/ Excès donnés par SICA :

47 47 Fragmentation Coupure sur la forme de gerbe pour la sélection dun photon


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