1 Renaud Vernet Journées ALICE France 2004 Les enjeux de l’étrangeté dans ALICE - Reconstruction d’hypérons et recherche de dibaryons étranges  Motivations physiques : du RHIC au LHC  Effets collectifs (Flot Elliptique)  Processus durs (Jet Quenching)  Les opportunités du LHC  Les outils du tracking  Performances de reconstruction de particules étranges :  Les hypérons  0 et  -  Les dibaryons H 0 et (  0 p) b Renaud Vernet, Institut de Recherches Subatomiques, Strasbourg Journées ALICE France, 24 mars 2004

2 Renaud Vernet Journées ALICE France 2004 Scénario d’une collision PQG ? Hadronisation Freeze-out Etat final :Etat final :  Composition chimique  Flot transverse & elliptique  Degrés de thermalisation et de collectivité  Milieu hadron/partonique ? Jet quenching Suppression des hadrons de haut P T PQG ? Processus durs entre partons :Processus durs entre partons :  Perte d’énergie sensible à la densité gluonique  Jet quenching

3 Renaud Vernet Journées ALICE France 2004 Observable :Observable :   Sans effet de milieu : Les résultats du RHIC /1 1.Suppression des hadrons de haut P t (AB = Au+Au, d+Au)  Suppression probablement liée à une perte d’énergie dans l’état final  Pas de suppression en d+Au 200GeV

4 Renaud Vernet Journées ALICE France 2004 Les résultats du RHIC /2 2.Effets collectifs (flot elliptique des hadrons étranges)  Flot elliptique marqué pour tous les hadrons, peu importe leur section efficace hadronique  effet de milieu partonique ?  Saturation du v 2 à : – 2 GeV pour les mésons – 3 GeV pour les baryons Anisotropie (x,y) : x y pypy pxpx  Consistant avec coalescence

5 Renaud Vernet Journées ALICE France 2004 Les opportunités du LHC Energie disponible :  s nn =5.5 TeV (  30)Energie disponible :  s nn =5.5 TeV (  30) Densité d’énergie (  5-10)Densité d’énergie (  5-10) Multiplicité beaucoup plus élevéeMultiplicité beaucoup plus élevée Domination des processus dursDomination des processus durs Etudes evt. par evt.  distributions de T,  BEtudes evt. par evt.  distributions de T,  B Analyse par classe d’evt. (basse T, haute T…)  position dans le plan (T,  B )Analyse par classe d’evt. (basse T, haute T…)  position dans le plan (T,  B ) « Trigger » sur les evts avec Jets  processus durs vs mous« Trigger » sur les evts avec Jets  processus durs vs mous Effets de « jet quenching » (éventuellement par saveur)Effets de « jet quenching » (éventuellement par saveur) T > T c,T > T c, V PQG et  PQG plus grandsV PQG et  PQG plus grands Importance des hypérons ( ) reconstruits par topologie :  identification jusqu’aux hauts P t  quenching de jets étranges, influence de la densité gluonique

6 Renaud Vernet Journées ALICE France 2004 Le Tracking dans ALICE : TPC Conditions délicates :Conditions délicates :  dN/dy = Exigences :Exigences :  Eff. > 90 % pour P t > 0.1 GeV  dp/p ~ 1.2% à bas P t  dp/p ~ qq % à P t =5GeV Solutions :Solutions :  Filtre de Kalman  « seeding de trace » : R ext. TPC  Traces prolongées dans l’ITS drift gas 90% Ne 10%CO kchannels 512 timebins + 5% with new tracking !! TPC « Time Projection Chamber »

7 Renaud Vernet Journées ALICE France 2004 Le Tracking dans ALICE : ITS … et aussi :  PID autonome (dE/dX) à faibles impulsions  PID combiné avec TPC, TOF, HMPID, TRD…  Reconstruction de vertex secondaires (  ~ 0.3 mm ) « Inner Tracking System » SSD SDD SPD 43.6 cm 97.6 cm Tracking : Tracking :  Traces provenant de TPC  ITS : KalmanKalman Reconstruction VPReconstruction VP Contrainte sur VPContrainte sur VP Repropagation dans TPCRepropagation dans TPC

8 Renaud Vernet Journées ALICE France 2004 Reconstruction d’hypérons dans ALICE Trace trouvable :Trace trouvable :  -1 <  < 1  Laisse au moins 100 clusters dans la TPC (+ x clusters dans ITS)  Ne spirale pas Efficacité tracking = nb trouvées/nb trouvables Efficacité tracking = nb trouvées/nb trouvables Hypéron trouvable :Hypéron trouvable :  Se desintegre dans une zone « fiduciaire » Ex : 0.9 < r xy < 2.9 cmEx : 0.9 < r xy < 2.9 cm  Particules filles sont trouvables Acceptance hyp = nb hyp. trouvables/nb générés Acceptance hyp = nb hyp. trouvables/nb générés Efficacité hyp = nb hyp. trouvés/nb trouvables Efficacité hyp = nb hyp. trouvés/nb trouvables ITS

9 Renaud Vernet Journées ALICE France 2004 Zone fidiciaire : 0.9 – 2.9 cm Trace trouvable : TPC + 6 couches ITS R < 100 cm R < 2.9 cm X 20 ITS TPC p    p  Reconstruction des  Zone fidiciaire: Zone fidiciaire : 0.9 – 100 cm Trace trouvable : TPC 20 central Hijing events dN / dy = 4000 B = 0.2T 100  / event  trouvables : 4.5  /evt  trouvés: ~ 1.3  / evt ~ 1.3  / evt Acc ~ 4.5 % Eff ~ 30 % 1.3 recons.  event S/B ~ 5  trouvables: 30  /event  trouvés: ~ 5  / event ~ 5  / event Acc ~ 30 % Eff ~ 16.5 % 5 recons.  event S/B ~ 1.4

10 Renaud Vernet Journées ALICE France 2004 Efficiency profile Optimisation pour les  de hauts P t Reconstruction avec cuts dépendant du P t, en gardant S/B > 1Reconstruction avec cuts dépendant du P t, en gardant S/B > 1 Efficiency * Acceptance Good statistics up to 13 GeV/c S Signal / Background % p T B

11 Renaud Vernet Journées ALICE France 2004 Reconstruction de  Evts réalistes :Evts réalistes :  dN/dy=4000  100  15 Zone fiduciaire: 0.9 – 2.9 cm Nb evts : 9000 Zone fiduciaire : 0.9 – 100 cm Nb evts :  recons. / evt S / B ~  recons. / evt S/B~2-3 x 6

12 Renaud Vernet Journées ALICE France 2004 The H-dibaryon ( H 0 ) Metastable Y = 0 SU(3) - flavor singlet H 0 A six quark-bag bound state (uuddss) mH 0 < m  Stable against strong decay but not against weak hadronic decay  = 10 –8 – 10 –10 s (Jaffe, Donoghue) Decay mode Mass (MeV) treshold m  = m  + m  NNNN Hadronic counterpart: (  ) b Other dibaryons might exist as bound states made by coalescence of 2 strange baryons: J. Schaffner-Bielich et al. PRL 84 (2000) Calculations of weak hadronic (non leptonic) decay channels and lifetimes using weak SU(3) symmetry. for RHIC using transport simulations (RQMD) + wave function coalescence. Estimation of production rates (  ) b  + p +   (  + p) b p + p  - + p (  0 p) b  + p (  0  ) b  - + p  Decay length ~ 1 – 5 cm dN/dy ~ /event dN/dy ~ /event dibaryons

13 Renaud Vernet Journées ALICE France MeV Reconstruction de dibaryons étranges dN/dy = <  < +1 B = 0.2T 2210 MeV MeV 2225 MeV  Sensibilité = nH 0 /(N event *  ) ~ H 0 /event ~ evts avec 1 H 0 / evt~ evts avec 1 H 0 / evt  Acc = 0.5 % Eff = 3.5 %   = Acc* Eff = 1.7*10 -4 Niveau de bruit : B ~ 10Niveau de bruit : B ~ 10 Extrapolation à 10 7 evts :Extrapolation à 10 7 evts :  Signal > 3   nb min de H 0 : nH 0 ~ 80 ~ evts avec 1 (  0 p) b / evt~ evts avec 1 (  0 p) b / evt  Acc = 0.6 % Eff = 9.5 %   = Acc* Eff = 5.5*10 -4 Niveau de bruit : B ~ 20Niveau de bruit : B ~ 20 Extrapolation à 10 7 evts :Extrapolation à 10 7 evts :  Signal > 3   nb min de (  0 p) b ~ 180  Sensibilité = 3, (  0 p)b/event  Sensibilité = 3, (  0 p)b /event

14 Renaud Vernet Journées ALICE France 2004

15 Conclusions Très bonnes conditions d’étude du plasma avec LHC et ALICETrès bonnes conditions d’étude du plasma avec LHC et ALICE L’étrangeté : outil fondamental pour les études de :L’étrangeté : outil fondamental pour les études de :  Flot elliptique, transverse  Jet quenching Reconstruction possible d’hypérons de haut P t (13 GeV/c pour  )Reconstruction possible d’hypérons de haut P t (13 GeV/c pour  ) Sensibilité à la découverte de dibaryons étranges en accord avec les prédictions théoriquesSensibilité à la découverte de dibaryons étranges en accord avec les prédictions théoriques

16 Renaud Vernet Journées ALICE France 2004 Elliptic Flow: a probe of early pressure and thermalisation y x pypy pxpx Coordinate space Momentum space Transverse plane Initial overlap zone spatially deformed ( almond shape) but initial momentum distribution locally isotropic. Interactions between constituents generates a pressure gradient. As a result, the spatial anisotropy gets transferred to momentum space. The anisotropy manifests itself most strongly in the azimuthal distribution of transverse momenta. Transverse momentum distribution depends on the emission angle relative to the reaction plane and can be quantified by the coefficients of an azimuthal Fourrier decomposition of the distribution : At midrapidity (y ~ 0), the direct flow (v ) vanishes. The first non peripheral, semi-central collisions zero coefficient is the elliptic flow v 1 2 Elliptic flow

17 Renaud Vernet Journées ALICE France 2004 Elliptic flow At SPS and RHIC, data exhibit a very strong elliptic flow and saturate this limit. This suggests that The largest elliptic flow is obtained in the hydro limit (infinitively fast rescattering -> instantaneous local therm.) very rapid and almost complete local kinetic equili- brium is reached Charged hadrons Relativistic hydrodynamical model (U. Heinz, P.F Kolb hep-ph/ ) Elliptic flow of  and  : if elliptic flow proves to be independent of cross sections, it may be evidence that it is built in a partonic medium. NO YES Partonic flow ? N. Xu Z. Xu QM 2002

18 Renaud Vernet Journées ALICE France 2004 The onset of hard processes at RHIC /  inel p+p N-N cross section Nuclear Modification Factor q q parton energy loss (jet-quenching) in QGP suppression of high pt hadrons Hard parton-parton scattering If no “effects”: R < 1 in regime of soft physics R = 1 at high-p t where hard scattering dominates Hard processes

19 Renaud Vernet Journées ALICE France 2004 Saturation of elliptic flow: hydro + jet quenching ? P. Sorensen (STAR) SQM 2003 M. Gyulassy et al. Phys. Lett. B 526 (2002) 301 Soft non-perturbative component including hydrodynamics elliptic flow + Perturbative QCD hard component including parton energy loss Hydro + jet quenching

20 Renaud Vernet Journées ALICE France 2004 Onset of hard processes at RHIC Saturation of elliptic flow and high p T suppression J. Velkovska, SQM 2003, P. Sorensen (STAR) SQM 2003 Complex interplay between hard and soft processes ? Coalescence / fragmentation ? Strong correlation between R AA and v 2 For a given species, the saturation of v 2 and the drop of R AA occur at approximately the same value: ~ 2 GeV/c for K and ~ 3 GeV/c for  0 High p T hadron suppression : consistent with parton energy loss in a QGP but initial state nuclear effects must be carefully quantified Meson suppression starts before (1.5 – 2 GeV/c) Baryon yields scale with between 1.5 – 3 GeV/c

21 Renaud Vernet Journées ALICE France 2004 Recombination / Fragmentation Bass et al., nucl-th/ Also S. Voloshin QM2002 In H.I collisions, at low and intermediate p, fragmentation appears to be not very effective Dense population of partons in phase space It is cheaper to make hadrons by recombination / coalescence T In this model: fragmentation of high p partons + recombination from a thermal parton distribution. The nuclear suppression is very important in the fragmentation region. For lower momenta, this Energy loss of partons is taken into account, hence it explains the R AA behaviour. effect is counteracted by recombination, absent in pp. Recombination is more important for protons Much less suppression for protons at low p T T Recombination- fragmentation

22 Renaud Vernet Journées ALICE France 2004 Elliptic flow : the coalescence picture P. Sorensen (STAR) SQM 2003 Easy to work out that: if one assumes, in first approximation, that all parton species show the same elliptic flow At small p : faster than linear D. Molnar and S.A.Voloshin, nucl-th/ At inter. p : slower than linear Flat parton v : STAR Preliminary T T 2 Baryons saturate at higher value and higher transverse momentum than mesons coalescence

23 Renaud Vernet Journées ALICE France 2004 Complément  Reconstruction

24 Renaud Vernet Journées ALICE France 2004 dN / dy = 4000 Very large fiducial zone: 0.1– 100 cm Good track : all TPC good tracks B =0.2T Good : 30 L /event Good found: ~ 5 L / event Acc ~ 30 % Eff ~ 16.5 % Standard fiducial zone: 0.9 – 2.9 cm Good track : 6 ITS layers Good : 4.5 L /event Good found: ~ 1.3 L / event Acc ~ 4.5 % Eff ~ 30 % Extended fiducial zone: 0.9 – 6.9 cm Good track : 5 ITS layers Good : 10 L /event Good found: ~ 3.2 L / event Acc ~ 10 % Eff ~ 32 % 100  / Hijing event S/B ~ 6 20 events S/B ~ 5 20 events S/B ~ events

25 Renaud Vernet Journées ALICE France 2004 R < 100 cm R < 6.9 cm Acceptance for 

26 Renaud Vernet Journées ALICE France ITS layers+ 5 or 6 ITS layers Good TPC tracks ~ 20 %25-30%55% + 0 to 6 ITS layers Tracking of secondaries good (Acc) good found (Eff ) ~ %~70 %~70-75 % fiducialzone0.9 – 2.9 cm0.9 – 6.9 cm0.1– 100 cm L reconstruction Acc Eff 4.5 % 10%30 % ~ max 32 % 16.5 % S/B6 (very good) 5 ( OK) ~ 0.75 Yields / event ( bad) 5 Min b+, b- ( cm)0.03, , , 0.25 Dca max (cm) min cosP (1.7) (3.5) Pt+ min (GeV) max | Costheta*| Pt- min (GeV)

27 Renaud Vernet Journées ALICE France ‘perfect’ PID Geometrical cuts b- > 0.15 Geom: ref.Kin: ref. Ref. : b+ > 0.1 Loose: cosP > dca < 2 cm b- > 0.25 cm b+ > 0.2 cm cosP > dca < 2 cm Kinematical cutsRef. : pt- > 0.18 GeV pt+ > 0.6 GeV |Costheta*| < 0.75 Geom : looseKin: ref. Eff = 16.5% 5 L /event S/B ~ 0.75 Eff = 16.5% 5 L /event S/B ~ 2.5 Eff = 20 % 6 L /event S/B ~ 0.2 B S

28 Renaud Vernet Journées ALICE France 2004 Geom ref Kin ref Geom loose Kin ref Combined efficiency profile b+>0.03cm, b- > 0.07cm Pt dependent cuts optimized to get maximum efficiency at high pt while keeping the backgroung everywhere at a reasonable level (S/B > 1) Efficiency as a function of transverse momentum

29 Renaud Vernet Journées ALICE France pt b b dca cosP p  Pt-dependent geometrical cuts

30 Renaud Vernet Journées ALICE France 2004 S B Global S / B twice better Pt-dependent geometrical cuts S / B =1.3 S / B > 1 in the whole pt range 5  / event

31 Renaud Vernet Journées ALICE France 2004 Efficiency * acceptanceReconstruction rate Extrapolation to 10 events Enough statistics up to 13 GeV/c 7

32 Renaud Vernet Journées ALICE France 2004   W K s 0 position resolution (mm) angular resolution (mrad) momentum resolution (%) efficiency (%) acceptance (%) Fiducial zone : 0.9 < R < 2.9 cm Good tracks: TPC + 6 ITS layers

33 Renaud Vernet Journées ALICE France 2004   W K s 0 (%) efficiencyacceptance (%) produced / p (%) produced per event 45 < q < 135 oo Reconstructed per event S / B 6 6 ~ 6 ~ 1 X 9000 events K 20 events 0 s  events Fiducial zone : 0.9 < R < 2.9 cm Good tracks: TPC + 6 ITS layers

34 Renaud Vernet Journées ALICE France 2004   W K s 0 (%) efficiencyacceptance (%) produced / p (%) produced per event 45 < q < 135 oo Reconstructed per event S / B 4 5 ~ 3 ~ 0.5 Fiducial zone : 0.9 < R < 6.9 cm Good tracks: TPC + 5 ITS layers K 0 s Forand  Acceptance x 2 For X and  : Acceptance x 4, x 7