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1 Heavy Flavour ad LHC Federico Antinori INFN Padova - Italy.

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Presentazione sul tema: "1 Heavy Flavour ad LHC Federico Antinori INFN Padova - Italy."— Transcript della presentazione:

1 1 Heavy Flavour ad LHC Federico Antinori INFN Padova - Italy

2 Federico Antinori - Vietri - 1º giugno Contenuto Condizioni sperimentali a LHC Condizioni sperimentali a LHC Alcune prospettive sulla fisica degli Heavy Flavour Alcune prospettive sulla fisica degli Heavy Flavour Commissioning p-p Commissioning p-p Conclusioni Conclusioni

3 Federico Antinori - Vietri - 1º giugno LHC Condizioni sperimentali: Condizioni sperimentali: + altri sistemi [pA, ioni leggeri (Sn, Kr, Ar, O)] ed energie 5.5 TeV] + altri sistemi [pA, ioni leggeri (Sn, Kr, Ar, O)] ed energie 5.5 TeV] Collision system PbPb pp /L 0 /L 0(%) 10 7 Run time (s/year) geom geom(b) L 0 (cm -2 s -1 ) s NN (TeV) * ** *L max (ALICE) = ** L int (ALICE) ~ 0.7 nb -1 /year

4 Federico Antinori - Vietri - 1º giugno DallSPS a RHIC ad LHC <0.2~0.5~1 0 (fm/c) 0 (fm/c) 4–10 1.5–4.0 <1 QGP (fm/c) QGP (fm/c) 2x10 4 7x V f (fm 3 ) 15–40 4–54–54–54–52.5 (GeV/fm 3 ) (GeV/fm 3 ) 2–8 x dN ch /dy s 1/2 (GeV) LHCRHICSPS Central collisions predizioni per LHC: predizioni per LHC:

5 Federico Antinori - Vietri - 1º giugno LHC è una fabbrica di Heavy Flavour! Yield cc e bb Yield cc e bb ALICE PPR (NTLO + shadowing) ALICE PPR (NTLO + shadowing) 115 / / / 0.2 Pb-Pb 5.5 TeV (5% cent) 0.16 / / / 0.5 pp 14 TeV shadowingsystem NN x-sect (mb) total multiplicity PbPb pp PbPb pp cc bb PbPb/pp

6 Federico Antinori - Vietri - 1º giugno Charm & beauty: sonde ideali calcolabili in pQCD; misura di calibrazione in pp calcolabili in pQCD; misura di calibrazione in pp base abbastanza solida base abbastanza solida caveat: modifica degli effetti di stato iniziale da pp a AA caveat: modifica degli effetti di stato iniziale da pp a AA shadowing ~ 30 % shadowing ~ 30 % saturazione? saturazione? riferimento pA fondamentale! riferimento pA fondamentale! prodotti essenzialmente nellimpatto iniziale prodotti essenzialmente nellimpatto iniziale sonde della fase ad alta densità sonde della fase ad alta densità non ci si attende produzione addizionale alladronizzazione non ci si attende produzione addizionale alladronizzazione ad es., nel modello di Lund, u : d : s : c 1 : 1 : 0.3 : ad es., nel modello di Lund, u : d : s : c 1 : 1 : 0.3 : sonde della frammentazione sonde della frammentazione ad es.: frammentazione indipendente di stringa ricombinazione ad es.: frammentazione indipendente di stringa ricombinazione

7 Federico Antinori - Vietri - 1º giugno Sonde del mezzo quenching in funzione della carica di colore quenching in funzione della carica di colore gli heavy flavour provengono da jet di quark (C R = 4/3) gli heavy flavour provengono da jet di quark (C R = 4/3) i flavour leggeri, da un mix (dipendente dal p T ) di jet di quark e gluoni (C R = 3) i flavour leggeri, da un mix (dipendente dal p T ) di jet di quark e gluoni (C R = 3) quenching in funzione della massa quenching in funzione della massa perdita di energia minore per gli heavy flavour? perdita di energia minore per gli heavy flavour? gluonstrahlung: dead-cone effect gluonstrahlung: dead-cone effect beauty vs charm beauty vs charm la misura della produzione di heavy flavour è un cross- check fondamentale dello scenario di quenching che sta emergendo da RHIC la misura della produzione di heavy flavour è un cross- check fondamentale dello scenario di quenching che sta emergendo da RHIC ad LHC: alta statistica, jet ben sviluppati ad LHC: alta statistica, jet ben sviluppati

8 8 Elettroni non fotonici a RHIC Spettri di elettroni identificati Spettri di elettroni identificati STAR: dE/dx nella TPC (+ tagli di tempo di volo a basso p T ) STAR: dE/dx nella TPC (+ tagli di tempo di volo a basso p T ) PHENIX: RICH + E/p (E dal calorimetro EM) PHENIX: RICH + E/p (E dal calorimetro EM) Reiezione di elettroni non charm Reiezione di elettroni non charm Sorgente principale: elettroni fotonici Sorgente principale: elettroni fotonici conversioni e + e - conversioni e + e - decadimenti Dalitz 0 e + e - decadimenti Dalitz 0 e + e - decadimenti Dalitz e + e - decadimenti Dalitz e + e - STAR: STAR: rigettati tramite unanalisi di massa inv. di tutte le combinazioni e + e - rigettati tramite unanalisi di massa inv. di tutte le combinazioni e + e - PHENIX: PHENIX: i) stimati con una simulazione e sottratti i) stimati con una simulazione e sottratti ii) misurati con il metodo del convertitore e sottratti ii) misurati con il metodo del convertitore e sottratti Altre sorgenti: Altre sorgenti: decadimenti,,, K decadimenti,,, K stimati e sottratti (sia in STAR che in PHENIX) stimati e sottratti (sia in STAR che in PHENIX) (conversioni interne)

9 9 Soppressione a RHIC eppure oltre a p T medio-alti il beauty dovrebbe dominare eppure oltre a p T medio-alti il beauty dovrebbe dominare [Xin elettroni non fotonici ~ soppressi come ci si attenderebbe da solo c, senza contributo b elettroni non fotonici ~ soppressi come ci si attenderebbe da solo c, senza contributo b scaled to M. Cacciari et al., hep-ph/ separazione c/b indispensabile! separazione c/b indispensabile! ad es.: ricostruzione completa di vertici decadimento D ad es.: ricostruzione completa di vertici decadimento D

10 Federico Antinori - Vietri - 1º giugno Ricostruzione completa decadimento D risoluzione in parametro dimpatto (d 0 ) risoluzione in parametro dimpatto (d 0 ) ALICE (ITS) ALICE (ITS)

11 Federico Antinori - Vietri - 1º giugno D 0 K - + prestazione attesa in ALICE prestazione attesa in ALICE S/B 10 % S/B 10 % S/ (S+B) 40 (1 mese di run Pb-Pb) S/ (S+B) 40 (1 mese di run Pb-Pb) statistical. systematic. p T - differenziale prestazione simile in pp prestazione simile in pp (vertice primario peggiore) (vertice primario peggiore)

12 Federico Antinori - Vietri - 1º giugno R AA (D) in ALICE Basso p T (< 6–7 GeV/c) Nuclear shadowing Alto p T (6–15 GeV/c) prestazione attesa (1 mese Pb-Pb, 9 mesi p-p) prestazione attesa (1 mese Pb-Pb, 9 mesi p-p)

13 Federico Antinori - Vietri - 1º giugno Ds+Ds+Ds+Ds+ D s + sonda delladronizzazione? D s + sonda delladronizzazione? dalla frammentazione di stringa: cs / cd ~ 1/3 dalla frammentazione di stringa: cs / cd ~ 1/3 dopo i decadimenti: D s + (cs) / D + (cd) ~ 0.6 dopo i decadimenti: D s + (cs) / D + (cd) ~ 0.6 dalla ricombinazione: cs / cd ~ N(s) / N(d) dalla ricombinazione: cs / cd ~ N(s) / N(d) quanto grande ad LHC? quanto grande ad LHC? accessibile sperimentalmente? accessibile sperimentalmente? D + (c ~ 310 µm) K con BR ~ 9.2 % D + (c ~ 310 µm) K con BR ~ 9.2 % in Alice: prestazione simile al D 0 K - + (?) in Alice: prestazione simile al D 0 K - + (?) D s + (c ~ 150 µm) K - K + + con BR ~ 4.4 % D s + (c ~ 150 µm) K - K + + con BR ~ 4.4 % ma si tratta perlopiù di decadimenti risonanti: + o K 0 * K + (non-risonante 20 %) ma si tratta perlopiù di decadimenti risonanti: + o K 0 * K + (non-risonante 20 %) migliore reiezione del fondo? (for D + K - + +, non-risonante ~ 96 %) migliore reiezione del fondo? (for D + K - + +, non-risonante ~ 96 %) ci sono buone speranze (specialmente se D s + /D + è grande!) ci sono buone speranze (specialmente se D s + /D + è grande!) in questo contesto, il v 2 del D s sarebbe particolarmente interessante! in questo contesto, il v 2 del D s sarebbe particolarmente interessante!

14 Federico Antinori - Vietri - 1º giugno Ricostruzione decadimenti in ATLAS e CMS? Lo studio della prestazione fisica in interazioni nucleo-nucleo in ATLAS e CMS è ad un livello meno avanzato che in ALICE Lo studio della prestazione fisica in interazioni nucleo-nucleo in ATLAS e CMS è ad un livello meno avanzato che in ALICE in particolare, studi di prestazione per la ricostruzione di decadimenti di particelle charmate non sono ancora disponibili in particolare, studi di prestazione per la ricostruzione di decadimenti di particelle charmate non sono ancora disponibili Si può comunque dare unocchiata ai parametri base di performance... Si può comunque dare unocchiata ai parametri base di performance...

15 Federico Antinori - Vietri - 1º giugno ALICE, ATLAS, CMS Importanti differenze nel tracking in ATLAS/CMS rispetto ad ALICE Importanti differenze nel tracking in ATLAS/CMS rispetto ad ALICE ALICEATLASCMS Tracciatore principale TPCSilicioSilicio Rivelatore di vertice SìSìSì Campo magnetico (T) Spessore tracciatore (X/X 0 ) 7%30%20% Identificazione di partic. TPC + ToF NoNo

16 Federico Antinori - Vietri - 1º giugno Efficienza di tracciamento (e false) CMS CMS ATLAS p T [GeV/c] ALICE (dN/dy ~ 3500)

17 Federico Antinori - Vietri - 1º giugno Risoluzione in impulso ATLAS CMS ALICE

18 Federico Antinori - Vietri - 1º giugno Risoluzione in parametro dimpatto Differenza importante (spessore materiale): Differenza importante (spessore materiale): 1.3 GeV (ALICE), p T > 3 GeV (CMS) 1.3 GeV (ALICE), p T > 3 GeV (CMS) Non ci sono dati per ATLAS HI; ci si può attendere ~ CMS Non ci sono dati per ATLAS HI; ci si può attendere ~ CMS Sensibilità solo al di sopra di qualche GeV in p T... Sensibilità solo al di sopra di qualche GeV in p T... Effetto sulle osservabili più soft? ad es.: sezione durto e v 2 Effetto sulle osservabili più soft? ad es.: sezione durto e v 2 ALICE CMS

19 Federico Antinori - Vietri - 1º giugno v 2 per gli heavy flavour v 2 = anisotropia azimutale flusso ellittico v 2 = anisotropia azimutale flusso ellittico Ad es.: adroni charmati possono sviluppare v 2 per vari motivi: Ad es.: adroni charmati possono sviluppare v 2 per vari motivi: flusso ellittico diretto dei quark c flusso ellittico diretto dei quark c perdita di energia dipendente dallangolo azimutale perdita di energia dipendente dallangolo azimutale quark c senza flusso in ricombinazione con matteria con flusso quark c senza flusso in ricombinazione con matteria con flusso...?...? in generale, v 2 0 se il charm è fortemente accoppiato con un mezzo azimutalmente asimmetrico... in generale, v 2 0 se il charm è fortemente accoppiato con un mezzo azimutalmente asimmetrico...

20 Federico Antinori - Vietri - 1º giugno puzzle: a QM`05 risultati diversi da PHENIX e STAR... puzzle: a QM`05 risultati diversi da PHENIX e STAR... PHENIX: PHENIX: sottrazione delle conversioni col metodo del convertitore e con un cocktail simulaato sottrazione delle conversioni col metodo del convertitore e con un cocktail simulaato STAR: STAR: reiezione delle conversioni tramite combinazioni di massa invariante reiezione delle conversioni tramite combinazioni di massa RIKEN-BNL heavy flavour workshop in dicembre, STAR: measurement affected by too much photonic RIKEN-BNL heavy flavour workshop in dicembre, STAR: measurement affected by too much photonic background v2 degli elettroni a RHIC

21 Federico Antinori - Vietri - 1º giugno domanda: domanda: fino a che punto si può accomodare piccolo v 2 e forte soppressione? [Xin

22 Federico Antinori - Vietri - 1º giugno v 2 del charm ad LHC? Ricostruzione completa di decadimenti di D ad LHC Ricostruzione completa di decadimenti di D ad LHC misura qualitativamente diversa rispetto agli elettroni non fotonici! misura qualitativamente diversa rispetto agli elettroni non fotonici! b vs c b vs c migliore correlazione con limpulso originale del quark pesante migliore correlazione con limpulso originale del quark pesante Prime indicazioni da studi preliminari in ALICE: errore atteso ~ qualche % (v 2 del D) Prime indicazioni da studi preliminari in ALICE: errore atteso ~ qualche % (v 2 del D) Prestazione di ATLAS e CMS su segnali più soft signals tipo il v 2 ? non è nota... Prestazione di ATLAS e CMS su segnali più soft signals tipo il v 2 ? non è nota... il campo magnetico si può abbassare il campo magnetico si può abbassare ma lo spessore di materiale resta... (scattering multiplo!) ma lo spessore di materiale resta... (scattering multiplo!)

23 Federico Antinori - Vietri - 1º giugno B e ± + X Prestazione attesa in ALICE (1 mese Pb-Pb) Prestazione attesa in ALICE (1 mese Pb-Pb) identificazione e ± da TRD e dE/dx nella TPC identificazione e ± da TRD e dE/dx nella TPC parametro dimpatto dallITS parametro dimpatto dallITS ATLAS e CMS: matching dai muoni al tracker? ATLAS e CMS: matching dai muoni al tracker? S/(S+B) S per 10 7 central Pb-Pb events

24 Federico Antinori - Vietri - 1º giugno Ad LHC: veri jet! 2 GeV 20 GeV 100 GeV 200 GeV Mini-Jets 100/evento 1/evento 100k/mese Ben visibili evento per evento! ex.: jet da 100 GeV + underlying event: Ben visibili evento per evento! ex.: jet da 100 GeV + underlying event: si può pensare ad esempio di studiare il quenching di jet taggati b! si può pensare ad esempio di studiare il quenching di jet taggati b!

25 Federico Antinori - Vietri - 1º giugno b tagging Prestazione di ATLAS per la reiezione di jet u (R u ) in Pb-Pb Prestazione di ATLAS per la reiezione di jet u (R u ) in Pb-Pb H bb, uu con M H = 400 GeV H bb, uu con M H = 400 GeV

26 Federico Antinori - Vietri - 1º giugno Away side? Fenomeno collettivo in direzione opposta al jet Fenomeno collettivo in direzione opposta al jet ad es.: Mach cone ad es.: Mach cone [Casalderrey-Solana, et al.: hep-ph/ ] [Stocker: Nucl.Phys. A750 (2005) 121]) Cosa succede per jet da quark pesanti? Cosa succede per jet da quark pesanti? modifica del Mach cone? [FA, E Shuryak: J.Phys. G31 (2005) 19] modifica del Mach cone? [FA, E Shuryak: J.Phys. G31 (2005) 19]

27 Federico Antinori - Vietri - 1º giugno Machine commissioning scenario (as envisaged today) T0 (= 1st of July 2007 as of today) T0 (= 1st of July 2007 as of today) One month to get the machine ready for beams (T0 + 1 month) One month to get the machine ready for beams (T0 + 1 month) Three months to commission the machine with beams (T0 + 4 months) Three months to commission the machine with beams (T0 + 4 months) One month of rather stable operations, interleaved with machine development with 43 and 156 bunches, with the possibility of collisions for physics during nights (~ 20 shifts of 10 hours each L ~ 1to 3.5x10 30 cm –2 s –1 ) (T0 + 5 months) One month of rather stable operations, interleaved with machine development with 43 and 156 bunches, with the possibility of collisions for physics during nights (~ 20 shifts of 10 hours each L ~ 1to 3.5x10 30 cm –2 s –1 ) (T0 + 5 months) Shutdown (T0 + 8 to 9 months): today machine people talk about 3 to 4 months. It will depend on requirements by experiments. If T0 = 1st of July, start of shutdown will coincide with the Christmas holidays! Shutdown (T0 + 8 to 9 months): today machine people talk about 3 to 4 months. It will depend on requirements by experiments. If T0 = 1st of July, start of shutdown will coincide with the Christmas holidays! July Aug.Sept.Oct. Nov. Dec.Jan. Feb.Mar Shutdown 3 to 4 months? Stable beams Preparation first minutes of data …First collisions……. T0 first large data sample first Pb-Pb collisions in 2008

28 Federico Antinori - Vietri - 1º giugno D 0 in pp D 0 K - + D 0 K - + first large pp sample ~ 20 shift da 10 ore qualche 10 7 eventi first large pp sample ~ 20 shift da 10 ore qualche 10 7 eventi

29 Federico Antinori - Vietri - 1º giugno B in pp B e + X B e + X identificazione degli e con TRD e TPC, parametro dimpatto dall ITS identificazione degli e con TRD e TPC, parametro dimpatto dall ITS Statistica attesa da qualche 10 7 eventi in Alice Statistica attesa da qualche 10 7 eventi in Alice Carlo Bombonati

30 Federico Antinori - Vietri - 1º giugno Conclusioni Gli heavy flavour promettono di essere uno strumento fondamentale per investigare le proprietà del mezzo fortemente interagente prodotto in interazioni ultra- relativistiche nucleo-nucleo Gli heavy flavour promettono di essere uno strumento fondamentale per investigare le proprietà del mezzo fortemente interagente prodotto in interazioni ultra- relativistiche nucleo-nucleo Ad LHC produzione abbondante Ad LHC produzione abbondante alta statistica alta statistica jet ben sviluppati jet ben sviluppati ALICE è ben equipaggiata per questa fisica ALICE è ben equipaggiata per questa fisica buone capacità anche in ATLAS, CMS buone capacità anche in ATLAS, CMS ALICE unico esperimento a scendere a p T ~ 0 ALICE unico esperimento a scendere a p T ~ 0 effetti di saturazione? potrebbero esserci sorprese... effetti di saturazione? potrebbero esserci sorprese...


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