The impact of initial state radiation on jets from PbPb collisions

Abstract

This thesis presents the study of how initial state radiation impacts jets produced in pp and PbPb collisions, by investigating the transverse momentum spectra, the rapidity spectra and the differential jet shape. This is done for central collisions with nucleon-nucleom COM energy 2.76 TeV and 5.02 TeV. The anti-kt algorithm is used to reconstruct the jet, with the jet radii R = 0.3 and R = 1.0. Further, this thesis investigates to what extent initial state radiation can be separated from medium response on the jet. This is done by analysing events where medium response is included and events where it is not. The results show that the initial state contribution to the jet pT is quite small. It is larger for low pT-jets (100-300 GeV) and decreases rapidly for increasing pT. The initial state contribution also increases for higher rapidity, reaching quite sizeable fractions for e.g. y = 2.5. It is also shown that, for PbPb collisions, the initial state contribution is larger for jets with higher jet radius (i.e. R = 1.0) and collisions where the beam energy is higher. However, the medium response contribution will also be higher for larger jet radii and beam energy, making it hard to discern the medium response from the initial state contribution.

Popular Abstract (Swedish)

Ständigt genom historien, har människan varit intresserad av att försöka bryta ner naturens lagar och fenomen till så fundamentala principer som är möjligt. Redan i antika grekland uppstod konceptet av en fundamental byggsten som uppgör all annan materia. Med en ständigt förbättrande teknik och mer utvecklade teorier, så har man under de senaste 100 åren kunnat undersöka mindre och mindre längdskalor. Detta har resulterat i att man har upptäckt att det finns en mängd fundamentala partiklar med olika egenskaper. De fundamentala partiklarna och deras interaktioner med varandra har samlats i en enda grundläggande modell som kallas för Standardmodellen.
Standardmodellen delar upp de fundamentala partiklarna i två grupper, nämligen fermioner och bosoner, beroende på vilket spinn partiklarna har. All materia i universum utgörs av fermioner medan bosonerna är de partiklar som fermionerna (och även vissa bosoner) använder för att växelverka med varandra. Växelverkan sker genom ett utbytte av bosoner som resulterar i att partiklarnas energier och rörelsemängd förändras. I standardmodellen är det tre fundamentala krafter som kan påverka fermionerna. De tre krafterna är elektromagnetismen, den svaga kraften och den starka kraften. Partiklar som har en viss kraftladdning kan alltså interagera med en kraft relaterad till den laddningen. Exempel är då den elektriska laddningen som medför i att partiklar kan växelverka genom den elektromagnetiska kraften.
Fermionerna kan delas in ytterligare i kvarkar och leptoner. Den största skillnaden mellan dessa är att kvarkarna kan växelverka genom den starka kraften, medan leptonerna inte kan det. Detta beror på att kvarkar har en färgladdning, vilket är den laddning som behövs för att växelverka med den starka kraften. Den starka kraften är den starkaste utav de fundamentala krafterna och är ansvarig för skapandet av stora sammansatta partiklar, som är kallade för hadroner. Detta görs genom att gluoner, det vill säga de bosoner som används för att förmedla den starka kraften, binder ihop kvarkarna till ett stabilt objekt. Exempel på hadroner är då protoner eller neutroner. En intressant egenskap med just gluonen är att de också har en färgladdning. Detta är unikt bland de fundamentala krafterna och innebär alltså att gluonerna kan växelverka med varandra. En konsekvens som följer av gluonens självinteraktion är att kvarkarna och gluonerna aldrig kan existera isolerade. De måste alltid vara i färgneutrala tillstånd, tillsammans med andra kvarkar och gluoner.
I partikelacceleratorn LHC (Large Hadron Collider) på CERN, Genève, kolliderar man partiklar med extremt höga energier. Detta möjliggör för skapandet av nya partiklar som då kan studeras med hjälp av olika tekniker och detekorer. De enskilda partiklarna som har skapats kan inte detekteras för sig, utan partiklarna kommer att skapa så kallade jets som man sedan kan analysera. Vid många av experimenten som görs vid LHC, så kolliderar man tunga bly- eller guld-joner med väldigt hög energi. Detta kan skapa ett tillstånd som är så hett och så tätt så att kvarkarna och gluonerna kommer att bete sig som fria partiklar. Detta tillstånd kallas för kvark-gluon plasma och är ett tillstånd som existerade bara några microsekunder efter Big Bang. De energirika partiklarna kommer att skicka ut strålning i form av gluoner, på ett liknande sätt som elektroner under acceleration skickar ut fotoner. Detta sker både innan kollisionen och efter kollisionen.

I detta projektarbete så kommer det att undersökas hur jets blir påverkade av gluon-strålning som skickats ut innan en partikel kollision (även kallad för ISR (initial state radiation)). Detta kommer göras genom att undersöka till vilken utsträckning som jet energin och jet-rörelsemängd ändras beroende på ISR. Detta görs för både proton-proton kollisioner och för kollisioner med blyjoner.

• author: Kycyku, Hilmi
• supervisor: Korinna Zapp
• organization: Theoretical Particle Physics - Undergoing reorganization
• course: FYTK02 20211
• year: 2021
• type: M2 - Bachelor Degree
• subject: Physics and Astronomy
• keywords: heavy-ion physics, QGP, quark-gluon plasma, kvark-gluon plasma, initial state radiation, jets, medium response
• report number: LU-TP 21-24
• language: English
• id: 9051146
• date added to LUP: 2021-08-03 14:37:31
• date last changed: 2021-08-03 14:37:31