JJC 2008Swensy Jangal1 Mesure de section efficace de production de jets dans l’expérience ALICE auprès du collisionneur LHC dans les collisions pp à √s.

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1 JJC 2008Swensy Jangal1 Mesure de section efficace de production de jets dans l’expérience ALICE auprès du collisionneur LHC dans les collisions pp à √s NN = 14TeV Reconstruction des jets dans ALICE Direction : Christian Kuhn Encadrement : Magali Estienne

2 JJC 2008Swensy Jangal2 PLAN Introduction Travail préliminaire Les algorithmes de reconstruction de jets Premiers résultats avec SISCone Conclusion et perspectives

3 JJC 2008Swensy Jangal3 INTRODUCTION

4 JJC 2008Swensy Jangal4 T (MeV) ρ/ρ 0 ~5-20 gaz de hadrons PHASE PLASMA DE QUARKS ET DE GLUONS (QGP) ~200 MeV 1 matière nucléaire ordinaire PHASE HADRONIQUE Introduction Petits rappels QGP But : étudier le Plasma de Quarks et de Gluons (QGP), état non confiné de la matière. Formation du QGP : collisions d’ions lourds ultra relativistes dans des collisionneurs tels que le LHC (Large Hadron Collider). Mais, le QGP a une durée de vie très courte. On ne peut donc pas l’étudier directement. On étudie ses signatures (ses traces) mises en évidence par des sondes comme les jets. temps

5 JJC 2008Swensy Jangal5 collision QGP jets Partons initiaux (issus du processus dur entre les 2 partons) Intérêt des jets Introduction parton hadron parton hadron Tous premiers instants!! Les partons initiaux perdent de l’énergie en traversant le milieu dense et chaud du QGP. Les partons initiaux fragmentent en jets de particules.

6 JJC 2008Swensy Jangal6 Milieu Une signature : la suppression des jets Introduction Le parton initial a perdu beaucoup d’énergie par radiation de gluons dans le milieu dense créé par la collision. Référence baisse des particules de haut pT et augmentation des particules de bas pT par rapport à la référence.

7 JJC 2008Swensy Jangal7 Données de l’expérience STAR à RHIC Introduction Fonctions de corrélations azimutales à deux particules. Nous renseignent sur la position, dans le plan transverse, des particules des jets par rapport à la particule la plus énergétique. Ici aussi, la suppression du deuxième jet est due à la perte d’énergie du parton initial dans le milieu dense créé par la collision.  Trigger particle Associated particles On observe : pp : 2 pics dos-a-dos (0 et π) correspondant aux particules des 2 jets. dAu : deux pics légèrement diminués. AuAu : suppression du pic en π.

8 JJC 2008Swensy Jangal8 On s’attend à avoir une modification de la forme des jets et de leur fonction de fragmentation suivant le milieu traversé par les partons initiaux [N. Borghini & U. Wiedemann Hep-ph/0506218]. Hump-backed plateau Introduction Les données sont en accord avec le modèle Modified Leading Logarithm Approximation (MLLA). On va pouvoir contraindre le modèle. Collisions e+/e- x = fraction de l’énergie du jet prise par la particule.

9 JJC 2008Swensy Jangal9 De RHIC au LHC Introduction RHICLHC Physique ‘Leading particle’ (étude des particules qui composent le jet) Physique des jets (étude des objets jets eux- mêmes) Ce qu’on vient de voir Plus compliqué (bruit de fond…) Présente des limitations Prometteur AuAu 200GeVPbPb 5.5TeV Production de jet plus importante (particulièrement à haut pT). Taux de jets pouvant être distingués du bruit de fond élevé!

10 JJC 2008Swensy Jangal10 Travail préliminaire

11 JJC 2008Swensy Jangal11 Mesure de la section efficace de production de jets avec un double objectif : - Tester les capacités d’ALICE à effectuer des mesures de précision en vue de tester la pQCD. - Les mesures dans les collisions p+p sont essentielles pour servir de référence aux collisions A+A. Etudier les propriétés des jets émis lors des collisions p+p et Pb+Pb afin de caractériser le QGP. But de la thèse Une première année de thèse dédiée au développement d’outils pour comprendre ce qu’est un jet et d’outils d’analyse qui sont désormais exploitables. Travail préliminaire SISCone L’algorithme SISCone (dont je ferais une étude approfondie et des comparaisons avec d’autres algorithmes exploités dans l’expérience ALICE). Outil

12 JJC 2008Swensy Jangal12 ‘Mes’ détecteurs Travail préliminaire HMPID PMD PHOS L’ITS (Inner Tracking System) : proche du faisceau, particules de bas pT, vertex primaire. La TPC (Time Projection Chamber) : principal trajectographe, particules chargées. L’EMCal (Electromagnetic Calorimeter) : énergie des particules chargées et neutres. EMCal -0.7<η<0.7 80<Φ<190 TPC -0.9<η<0.9 ITS -0.9<η<0.9

13 JJC 2008Swensy Jangal13 Point de départ Les algorithmes de reconstruction sont les outils qui nous permettent d’associer les particules/énergies en objets jets. Simulation Pythia, 1 événement jet 100GeV, collision pp (1274 traces) pTN par t Travail préliminaire Jets?

14 JJC 2008Swensy Jangal14 Générateur d’événements Pythia : comprendre la simulation d’événements « jets », étudier l’influence des ISR, FSR,UE, ce que Pythia retourne ( KS, type de particules… ). Observation des événements simulés (comment est répartie l’énergie, où sont reparties les particules dans l’espace des phases, par rapport aux partons initiaux…). Ecriture d’algorithmes de clusterisation basiques (la démarche est de retrouver le cheminement qui a mené aux vrais algorithmes). Observation des clusters trouvés par ces algorithmes (répartition des particules à l’intérieur des clusters, évolution du nombre de clusters trouvés et du p T de ces clusters en fonction du rayon …). Tout ceci est en cours d’étude ! Travail préliminaire

15 JJC 2008Swensy Jangal15 Observation des événements simulés Partons initiaux pT Φ les particules qui composent les jets sont autour des partons initiaux. les partons sont émis dos-a-dos. pT E Partons initiaux η η l’énergie des jets se trouve majoritairement dans le plan transverse. les jets se situent dans la zone de mi-rapidité. A haute rapidité, on a l’énergie des beam remnants. 1 événement jet. Collision pp 5.5TeV (Pythia Tune a). Jet mono énergetique 100GeV. Travail préliminaire

16 JJC 2008Swensy Jangal16 Résultats des petits algorithmes Algorithme1 Algorithme 2 Algorithme 3 N cl Nombre de clusters trouvés en fonction du rayon : 1 événement jet Collision pp 5.5TeV (Pythia tune a) Jet mono énergétique 100GeV Travail préliminaire

17 JJC 2008Swensy Jangal17 Evolution du pT dans les 6 clusters trouvés en fonction du rayon : pT RR RR RR 1 2 3 Cluster 1 Cluster 2 Cluster 3Cluster 4 Cluster 5Cluster 6

18 JJC 2008Swensy Jangal18 1 2 3 Moyenne sur 100 événements. Collision pp 5.5TeV (Pythia tune a) Jet mono énergétique 100GeV Cluster - Particules du cluster

19 JJC 2008Swensy Jangal19 Les algorithmes de reconstruction de jets

20 JJC 2008Swensy Jangal20 vs Algorithmes kTAlgorithmes de cône Les deux types d’algorithme de reconstruction de jet Les algorithmes de reconstruction de jets

21 JJC 2008Swensy Jangal21 Principales caractéristiques requises L’algorithme ne doit pas nécessiter trop de temps et de mémoire. Infrared safe Collinear safe L’émission d’une particule molle ne doit pas modifier le nombre de jets final. La fragmentation d’un parton en deux partons collinéaires ne doit pas modifier le nombre de jets final. Les algorithmes de reconstruction de jets

22 JJC 2008Swensy Jangal22 4 1.Calcul de : d i = pT ² (pour toutes les particules) d ij = pT relatif entre i et j (pour toutes les paires de particules) 2. Recherche du d min (plus petite valeur parmi les d i et d ij ) : - si c’est un d i, alors la particule est classée comme étant un jet. - si c’est un d ij, on regroupe les particules en question. Principe (kT) Les algorithmes de reconstruction de jets Φ η Φ η d4d4 d 45 1er jet 1 d min = d 1 2 3 d min = d 23 5 d min = d 45 d min = d 8 6 7 8 9 d min = d 69 d min = d 7 10 d min = d 610 2e jet 3e jet 4e jet “pT”

23 JJC 2008Swensy Jangal23 4 Principe (Cône) Les algorithmes de reconstruction de jets Φ η Φ η 3e jet 1 2 3 5 6 7 Nouvel axe 4e jet 1er jet 2e jet “pT” Nouvel axe Sans graine (seedless) : 1. Recherche des cônes stables. 1. Procédure de séparation/regroupement (splitting/merging). Avec graine (seed) : 1. Recherche des cônes stables à partir de particules passant un certain seuil en énergie. 1. Procédure de séparation/regroupement (splitting/merging). Pour des cônes de rayon R donné : Avec une graine !

24 JJC 2008Swensy Jangal24 SISCone Premiers résultats avec SISCone

25 JJC 2008Swensy Jangal25 SISCone SISCone = Seedless Infrared-Safe Cone jet algorithm (par Gavin Salam et Grégory Soyez). Algorithme de type cône sans graine. Infrared et collinear safe à tous les ordres. Rapide (gain de temps grâce à des considérations géométriques). Pour plus d’informations : hep-ph/0704.0292 SISCone Premiers résultats avec SISCone

26 JJC 2008Swensy Jangal26 Energie moyenne reconstruite Premiers résultats avec SISCone Full simulation Particules chargées uniquement! Pas de coupure sur le pT des particules. E min des jets : 14GeV Simulation Pythia. Collisions pp 14TeV, 2400 événements. Jets mono énergétiques 100GeV. R = 0.4.

27 JJC 2008Swensy Jangal27 Energies moyennes reconstruites Premiers résultats avec SISCone Full simulation Particules chargées uniquement! Pas de coupure sur le pT des particules. E min des jets : 14GeV

28 JJC 2008Swensy Jangal28 Résolution Full simulation Particules chargées uniquement! Pas de coupure sur le pT des particules. E min des jets : 14GeV Premiers résultats avec SISCone 51% 38% 36%

29 JJC 2008Swensy Jangal29 Conclusion et perspectives A retenir : Les jets nous permettent d’étudier, de tirer des conclusions sur le milieu créé par la collision. Pour reconstruire les jets à partir de notre cartographie de particules, on dispose d’algorithmes de reconstruction de jets. Ces algorithmes se divisent en deux catégories : les algorithmes de kT et les algorithmes de cône. Mes objectifs : SISCone : corrections à apporter. Comparer SISCone aux autres algorithmes utilisés dans ALICE. Mesurer la section efficace de production de jets dans le but de la comparer aux prédictions théoriques de pQCD.

30 JJC 2008Swensy Jangal30 Fin

31 JJC 2008Swensy Jangal31 Récapitulatif : un jet est un groupe de particules énergétiques spatialement collimatées autour d’un flux d’énergie. Ces particules sont donc plus à même de transporter de l’information. un jet est issu des processus durs dus à des collisions de partons contenus dans les hadrons initiaux. Ces collisions créent 2 nouveaux partons qui fragmentent en jets de hadrons. ces interactions ont lieu aux tout premiers instants de la collision (avant la formation du QGP). les partons initiaux perdent de l’énergie en traversant le milieu dense et chaud du QGP.

32 JJC 2008Swensy Jangal32 Données de l’expérience STAR à RHIC Introduction R AA = facteur de modification nucléaire. C’est le rapport entre la production en AuAu / dAu (collisions centrales) et pp. R AA = 1 absence d’effets nucléaires. On observe : dAu : légère augmentation (effets de l’état initial) à pT intermédiaire puis diminution. AuAu : forte diminution des particules à haut pT. La diminution des particules de bas pT est clairement due à des effets de l’état final liés au milieu dense créé par la collision. Energie collisions …

33 JJC 2008Swensy Jangal33 Section efficace de production de jets Fonction de fragmentation Section efficace partonique Fonctions de distributions partoniques

34 JJC 2008Swensy Jangal34 Données en accord avec les prédictions théoriques NLO. Encourageant pour ALICE qui est un détecteur proche de STAR.

35 JJC 2008Swensy Jangal35 p T des particules du cluster en fonction de leur position par rapport à la particule la plus énergétique du cluster :

36 JJC 2008Swensy Jangal36 Principales caractéristiques Les algorithmes de kT : Prend en compte des critères géométriques ET énergétiques. Avantages : Pas de problème de divergence infrarouge et colinéaire. Inconvénients : très long à tourner (sauf FastJet …). Les algorithmes de reconstruction de jets Les algorithmes de cône : Prend en compte des critères géométriques uniquement (est-ce que la particule est dans le cône?). Avantages : correction des interactions multiples et des événements sous- jacents plus simple, plus rapide (graine). Inconvénients : divergence infrarouge et colinéaire (sauf SISCone, midpoint dépend de l’ordre …).

37 JJC 2008Swensy Jangal37 Les algorithmes de reconstruction de jets Procédure de regroupement/séparation Les jets partagent plus de 50% de leur énergie Les jets partagent moins de 50% de leur énergie