Advanced

Electrons from heavy- flavor semileptonic decays in proton-proton collisions at √s=13 TeV measured with the ALICE detector at the LHC

Petersson Sjögren, Madeleine LU (2018) FYSM60 20172
Department of Physics
Particle Physics
Abstract
Heavy-flavor hadrons, containing charm and bottom quarks, serve as a tool
available for the characterization of the hot and dense strongly interacting Quark
Gluon Plasma state of matter, produced in heavy-ion collisions. As a benchmark for
heavy-ion collision measurements, proton-proton collisions are also studied. This
thesis reports on the analysis of proton-proton collisions, reconstructed with the
ALICE detector at √s= 13 TeV, to measure heavy-flavor semileptonic decays to
electrons, for 2 < pT < 10 GeV/c. The project described here employs two different
methods for the description of number of electrons from heavy-flavor hadrons, where
the first analysis makes use of a background estimation and photon-electron rejection
from... (More)
Heavy-flavor hadrons, containing charm and bottom quarks, serve as a tool
available for the characterization of the hot and dense strongly interacting Quark
Gluon Plasma state of matter, produced in heavy-ion collisions. As a benchmark for
heavy-ion collision measurements, proton-proton collisions are also studied. This
thesis reports on the analysis of proton-proton collisions, reconstructed with the
ALICE detector at √s= 13 TeV, to measure heavy-flavor semileptonic decays to
electrons, for 2 < pT < 10 GeV/c. The project described here employs two different
methods for the description of number of electrons from heavy-flavor hadrons, where
the first analysis makes use of a background estimation and photon-electron rejection
from the heavy-flavor electron candidates sample. The second analysis employs
measurements of the fraction of electrons from heavy-flavor hadrons, as compared
to other sources, by study of the Distance of Closest approach (DCA) distributions
of particle tracks. The methods used are described and the results are presented
and discussed together with an outlook for this project. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Partikelfysik, också kallat högenergifysik, är studiet av de minsta partiklarna: elementarpartiklarna och deras växelverkan med varandra. Genom att accelerera partiklar till höga energier och låta dem kollidera, med ett fixerat mål eller en annan skur av partiklar, skapas tillstånd och partiklar som vanligtvis inte förekommer i vår värld. Partikelfysikforskning bedrivs i huvudsak genom att studera partiklarna som kommer ut ur partikelkollisioner.

Med tungjonskollisioner har man funnit att ett alldeles särskilt tillstånd av materia skapas: ett så kallat Kvark Gluon Plasma (QGP). Detta tillstånd är unikt på så sätt att kvarkar och gluoner, som vanligtvis alltid är bundna i större sammansatta partiklar benämnda hadroner, beter sig i Kvark... (More)
Partikelfysik, också kallat högenergifysik, är studiet av de minsta partiklarna: elementarpartiklarna och deras växelverkan med varandra. Genom att accelerera partiklar till höga energier och låta dem kollidera, med ett fixerat mål eller en annan skur av partiklar, skapas tillstånd och partiklar som vanligtvis inte förekommer i vår värld. Partikelfysikforskning bedrivs i huvudsak genom att studera partiklarna som kommer ut ur partikelkollisioner.

Med tungjonskollisioner har man funnit att ett alldeles särskilt tillstånd av materia skapas: ett så kallat Kvark Gluon Plasma (QGP). Detta tillstånd är unikt på så sätt att kvarkar och gluoner, som vanligtvis alltid är bundna i större sammansatta partiklar benämnda hadroner, beter sig i Kvark Gluon Plasmat som om de vore nästan helt fria. Kvark Gluon Plasma tillverkas idag i kollisioner av bly-kärnor vid the Large Hadron Collider (LHC) på CERN (European Organization of Nuclear Research). Kvark Gluon Plasmat är extremt kortlivat, med en livstid på omkring ett par fm/c (≈10⁻²³ sekunder ), vilket omöjliggör direkta studier och undersökningar av QGP:n. För att karakterisera och undersöka QGP:ns egenskaper måste man istället studera partiklarna och tillstånden som kommer ut från partikelkollisionerna.

I huvudsak vill man via studiet av Kvark Gluon Plasmat karakterisera signaler som indikerar att ett Kvark Gluon Plasma tillverkats och hur Kvark Gluon Plasmat utvecklar sig rumsligt. En sådan metod involverar de tunga kvarkarna, charm och botten. Dessa kvarkar skapas tidigt i partikelkollisioner, innan bildandet av ett Kvark Gluon Plasma, varpå de kan röra sig genom det unika mediumet. Genom analyser av hur de tunga kvarkarna beter sig i Kvark Gluon Plasmat kan man dra slutsatser om plasmats egenskaper, så som densitet och temperatur.

För att studera tunga kortlivade partiklar, så som hadroner som består av tunga kvarkar, studeras partiklarnas sönderfallsprodukter. Ofta refererar man till partikeln som sönderfaller som moderpartikeln medan sönderfallsprodukterna är dess dotterpartiklar. I denna rapport beskrivs en dataanalys av proton-proton kollisioner i LHC detekterade med ALICE (A Large Ion Collider Experiment) -detektorn. Dataanalysen är konstuerad för att bestämma antalet elektroner från tunga-kvark partiklars sönderfall. Motiveringen bakom analysen av proton-proton, kollisioner istället för studiet av tunga-kärn-kollisioner eller kollisioner av kärnor med protoner, är att det för analysen av kärn-kollisioner behövs proton-proton-kollision-analyser som referens. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Petersson Sjögren, Madeleine LU
supervisor
organization
course
FYSM60 20172
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
keywords
LHC ALICE Heavy-ion physics particle physics heavy-flavor
language
English
id
8934676
date added to LUP
2018-02-05 11:57:48
date last changed
2018-02-05 11:57:48
@misc{8934676,
  abstract     = {Heavy-flavor hadrons, containing charm and bottom quarks, serve as a tool
available for the characterization of the hot and dense strongly interacting Quark
Gluon Plasma state of matter, produced in heavy-ion collisions. As a benchmark for
heavy-ion collision measurements, proton-proton collisions are also studied. This
thesis reports on the analysis of proton-proton collisions, reconstructed with the
ALICE detector at √s= 13 TeV, to measure heavy-flavor semileptonic decays to
electrons, for 2 < pT < 10 GeV/c. The project described here employs two different
methods for the description of number of electrons from heavy-flavor hadrons, where
the first analysis makes use of a background estimation and photon-electron rejection
from the heavy-flavor electron candidates sample. The second analysis employs
measurements of the fraction of electrons from heavy-flavor hadrons, as compared
to other sources, by study of the Distance of Closest approach (DCA) distributions
of particle tracks. The methods used are described and the results are presented
and discussed together with an outlook for this project.},
  author       = {Petersson Sjögren, Madeleine},
  keyword      = {LHC ALICE Heavy-ion physics particle physics heavy-flavor},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {Electrons from heavy- flavor semileptonic decays in proton-proton collisions at √s=13 TeV measured with the ALICE detector at the LHC},
  year         = {2018},
}