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

Contenuto Condizioni sperimentali a LHC Alcune prospettive sulla fisica degli Heavy Flavour Commissioning p-p Conclusioni Federico Antinori - Vietri - 1º giugno 2006

LHC Condizioni sperimentali: + altri sistemi [pA, ioni leggeri (Sn, Kr, Ar, O)] ed energie [pp @ 5.5 TeV] √sNN (TeV) L0 (cm-2s-1) <L>/L0 (%) Run time (s/year) sgeom (b) Collision system pp 14.0 1034 * 107 0.07 70-50 106 ** 7.7 1027 5.5 PbPb *Lmax (ALICE) = 1031 ** Lint (ALICE) ~ 0.7 nb-1/year Federico Antinori - Vietri - 1º giugno 2006

Dall’SPS a RHIC ad LHC predizioni per LHC: e (GeV/fm3) <0.2 ~0.5 ~1 t0 (fm/c) 4–10 1.5–4.0 <1 tQGP (fm/c) 2x104 7x103 103 Vf(fm3) 15–40 4–5 2.5 e (GeV/fm3) 2–8 x103 850 500 dNch/dy 5500 200 17 s1/2(GeV) LHC RHIC SPS Central collisions Federico Antinori - Vietri - 1º giugno 2006

LHC è una fabbrica di Heavy Flavour! Yield cc e bb ALICE PPR (NTLO + shadowing) 115 / 4.6 0.65 / 0.85 6.6 / 0.2 Pb-Pb 5.5 TeV (5% cent) 0.16 / 0.007 1 / 1 11.2 / 0.5 pp 14 TeV shadowing system NN x-sect (mb) total multiplicity cc PbPb/pp bb PbPb/pp PbPb PbPb pp pp Federico Antinori - Vietri - 1º giugno 2006

Charm & beauty: sonde ideali calcolabili in pQCD; misura di “calibrazione” in pp base abbastanza solida caveat: modifica degli effetti di stato iniziale da pp a AA shadowing ~ 30 % saturazione? riferimento pA fondamentale! prodotti essenzialmente nell’impatto iniziale sonde della fase ad alta densità non ci si attende produzione addizionale all’adronizzazione ad es., nel modello di Lund, u : d : s : c  1 : 1 : 0.3 : 10-11 sonde della frammentazione ad es.: frammentazione indipendente di stringa <-> ricombinazione Federico Antinori - Vietri - 1º giugno 2006

Sonde del mezzo quenching in funzione della carica di colore gli heavy flavour provengono da jet di quark (CR = 4/3) i flavour leggeri, da un mix (dipendente dal pT) di jet di quark e gluoni (CR = 3) quenching in funzione della massa perdita di energia minore per gli heavy flavour? gluonstrahlung: dead-cone effect beauty vs charm 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 Federico Antinori - Vietri - 1º giugno 2006

Elettroni “non fotonici” a RHIC Spettri di elettroni identificati STAR: dE/dx nella TPC (+ tagli di tempo di volo a basso pT) PHENIX: RICH + E/p (E dal calorimetro EM) Reiezione di elettroni non charm Sorgente principale: elettroni “fotonici” conversioni g  e+e- decadimenti Dalitz p0  e+e-g decadimenti Dalitz h  e+e-g STAR: rigettati tramite un’analisi di massa inv. di tutte le combinazioni e+e- PHENIX: i) stimati con una simulazione e sottratti ii) misurati con il metodo del convertitore e sottratti Altre sorgenti: decadimenti w, r, j, K stimati e sottratti (sia in STAR che in PHENIX) (“conversioni interne”)

Soppressione a RHIC elettroni “non fotonici” ~ soppressi come ci si attenderebbe da solo c, senza contributo b eppure oltre a pT medio-alti il beauty dovrebbe dominare scaled to M. Cacciari et al., hep-ph/0502203 [J.Bielcik @QM05] [Xin Dong@QM05] separazione c/b indispensabile! ad es.: ricostruzione completa di vertici decadimento D

Ricostruzione completa decadimento D ALICE (ITS) risoluzione in parametro d’impatto (d0) Federico Antinori - Vietri - 1º giugno 2006

D0  K-p+ prestazione attesa in ALICE  prestazione simile in pp S/B ≈ 10 % S/(S+B) ≈ 40 (1 mese di run Pb-Pb) statistical. systematic.  prestazione simile in pp (vertice primario peggiore) pT - differenziale Federico Antinori - Vietri - 1º giugno 2006

RAA(D) in ALICE prestazione attesa (1 mese Pb-Pb, 9 mesi p-p) Basso pT (< 6–7 GeV/c) Nuclear shadowing Alto pT (6–15 GeV/c) Federico Antinori - Vietri - 1º giugno 2006

Ds+ Ds+ sonda dell’adronizzazione? dalla frammentazione di stringa: cs / cd ~ 1/3 dopo i decadimenti: Ds+ (cs) / D+ (cd) ~ 0.6 dalla ricombinazione: cs / cd ~ N(s) / N(d)  quanto grande ad LHC? accessibile sperimentalmente? D+ (ct ~ 310 µm)  K-p+p+ con BR ~ 9.2 % in Alice: prestazione simile al D0  K-p+ (?) Ds+ (ct ~ 150 µm)  K-K+p+ con BR ~ 4.4 % ma si tratta perlopiù di decadimenti risonanti: Fp+ o K0*K+ (non-risonante 20 %)  migliore reiezione del fondo? (for D+  K-p+p+, non-risonante ~ 96 %) ci sono buone speranze (specialmente se Ds+/D+ è grande!) in questo contesto, il v2 del Ds sarebbe particolarmente interessante! Federico Antinori - Vietri - 1º giugno 2006

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 in particolare, studi di prestazione per la ricostruzione di decadimenti di particelle charmate non sono ancora disponibili Si può comunque dare un’occhiata ai parametri base di performance... Federico Antinori - Vietri - 1º giugno 2006

ALICE, ATLAS, CMS Importanti differenze nel tracking in ATLAS/CMS rispetto ad ALICE ALICE ATLAS CMS Tracciatore principale TPC Silicio Rivelatore di vertice Sì Campo magnetico (T) 0.5 2 4 Spessore tracciatore (X/X0) 7% 30% 20% Identificazione di partic. TPC + ToF No Federico Antinori - Vietri - 1º giugno 2006

Efficienza di tracciamento (e false) pT [GeV/c] ALICE ATLAS CMS CMS (dN/dy ~ 3500) (dN/dy ~ 3500) Federico Antinori - Vietri - 1º giugno 2006

Risoluzione in impulso ALICE ATLAS CMS Federico Antinori - Vietri - 1º giugno 2006

Risoluzione in parametro d’impatto Differenza importante (spessore materiale): s < 50 µm per pT > 1.3 GeV (ALICE), pT > 3 GeV (CMS) ALICE CMS Non ci sono dati per ATLAS HI; ci si può attendere ~ CMS Sensibilità solo al di sopra di qualche GeV in pT... Effetto sulle osservabili più “soft”? ad es.: sezione d’urto e v2 Federico Antinori - Vietri - 1º giugno 2006

v2 per gli heavy flavour v2 = anisotropia azimutale  flusso ellittico Ad es.: adroni charmati possono sviluppare v2 per vari motivi: flusso ellittico “diretto” dei quark c perdita di energia dipendente dall’angolo azimutale quark c senza flusso in ricombinazione con matteria con flusso ...? in generale, v2  0 se il charm è “fortemente accoppiato” con un mezzo azimutalmente asimmetrico... Federico Antinori - Vietri - 1º giugno 2006

v2 degli elettroni a RHIC puzzle: a QM`05 risultati diversi da PHENIX e STAR... PHENIX: sottrazione delle conversioni col metodo del convertitore e con un cocktail simulaato STAR: reiezione delle conversioni tramite combinazioni di massa invariante @ RIKEN-BNL heavy flavour workshop in dicembre, STAR: “measurement affected by too much photonic background” [F.Laue@QM`05] Federico Antinori - Vietri - 1º giugno 2006

fino a che punto si può accomodare piccolo v2 e forte soppressione? domanda: fino a che punto si può accomodare piccolo v2 e forte soppressione? [Xin Dong@QM05] [S.Butsyk@QM`05] Federico Antinori - Vietri - 1º giugno 2006

v2 del charm ad LHC? Ricostruzione completa di decadimenti di D ad LHC misura qualitativamente diversa rispetto agli elettroni “non fotonici”! b vs c migliore correlazione con l’impulso originale del quark pesante Prime indicazioni da studi preliminari in ALICE: errore atteso ~ qualche % (v2 del D) Prestazione di ATLAS e CMS su segnali più “soft” signals tipo il v2? non è nota... il campo magnetico si può abbassare ma lo spessore di materiale resta... (scattering multiplo!) Federico Antinori - Vietri - 1º giugno 2006

B  e± + X Prestazione attesa in ALICE (1 mese Pb-Pb) identificazione e± da TRD e dE/dx nella TPC parametro d’impatto dall’ITS ATLAS e CMS: matching dai muoni al tracker? S/(S+B) S per 107 central Pb-Pb events Federico Antinori - Vietri - 1º giugno 2006

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: si può pensare ad esempio di studiare il quenching di jet taggati b! Federico Antinori - Vietri - 1º giugno 2006

b tagging Prestazione di ATLAS per la reiezione di jet u (Ru) in Pb-Pb H  bb, uu con MH = 400 GeV Federico Antinori - Vietri - 1º giugno 2006

Away side? Fenomeno collettivo in direzione opposta al jet ad es.: Mach cone [Casalderrey-Solana, et al.: hep-ph/0411315] [Stocker: Nucl.Phys. A750 (2005) 121]) Cosa succede per jet da quark pesanti? modifica del Mach cone? [FA, E Shuryak: J.Phys. G31 (2005) 19] Federico Antinori - Vietri - 1º giugno 2006

Machine commissioning scenario (as envisaged today) T0 (= 1st of July 2007 as of today) One month to get the machine ready for beams (T0 + 1 month) 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 3.5x1030cm–2s–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! first large data sample T0 first Pb-Pb collisions in 2008 Stable beams Preparation …First collisions……. Shutdown 3 to 4 months? July Aug. Sept. “first minutes” of data Oct. Nov. Dec. Jan. Feb. Mar Federico Antinori - Vietri - 1º giugno 2006

D0 in pp D0  K-p+ “first large pp sample” ~ 20 shift da 10 ore  qualche 107 eventi Federico Antinori - Vietri - 1º giugno 2006

B in pp B  e + X Statistica attesa da qualche 107 eventi in Alice identificazione degli e con TRD e TPC, parametro d’impatto dall’ ITS Carlo Bombonati Statistica attesa da qualche 107 eventi in Alice Federico Antinori - Vietri - 1º giugno 2006

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 Ad LHC produzione abbondante alta statistica jet ben sviluppati ALICE è ben equipaggiata per questa fisica buone capacità anche in ATLAS, CMS ALICE unico esperimento a scendere a pT ~ 0 effetti di saturazione? potrebbero esserci sorprese... Federico Antinori - Vietri - 1º giugno 2006