Glauber Monte Carlo for proton-proton and virtual-photon-proton collisions
(2023) FYTK03 20231Department of Physics
Theoretical Particle Physics - Has been reorganised
- Abstract
- In high energy physics, we want to probe the inner structures and behaviours of the particles that are the building blocks of our universe. This is often done by colliding nuclei together. This bachelor thesis presents an implementation of a Glauber Monte Carlo simulation framework to determine the geometric quantities such as the number of participating nucleons $N_{part}$ and the number of sub-collisions $N_{coll}$ as well as the total and elastic integrated cross sections in high-energy collisions. The models include the black and grey disk models for proton-ion collisions and a dipole model for virtual-photon-ion collisions, which are fit to cross section data. The models rely on the optical theorem and Good-Walker formalism to... (More)
- In high energy physics, we want to probe the inner structures and behaviours of the particles that are the building blocks of our universe. This is often done by colliding nuclei together. This bachelor thesis presents an implementation of a Glauber Monte Carlo simulation framework to determine the geometric quantities such as the number of participating nucleons $N_{part}$ and the number of sub-collisions $N_{coll}$ as well as the total and elastic integrated cross sections in high-energy collisions. The models include the black and grey disk models for proton-ion collisions and a dipole model for virtual-photon-ion collisions, which are fit to cross section data. The models rely on the optical theorem and Good-Walker formalism to calculate $N_{coll}$ and $N_{part}$ based on the impact parameter $b$. These models for proton-proton and virtual-photon-proton ($\mathrm{\gamma^*p}$) collisions were found to be somewhat consistent with predicting the integrated total cross section as functions of the center of mass energy $\sqrt{s}$ (or virtuality $Q^2$ and center of mass energy $W^2$ in virtual-photon-proton $\mathrm{\gamma^*p}$) whilst struggling with predicting the integrated elastic cross section for proton-proton collisions. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- Partikelkollisioner gör det möjligt för oss att studera de inre strukturerna och beteendena hos partiklar som utgör universum. År 1969 upptäckte forskare att protoner faktiskt består av mindre partiklar som kallas kvarkar genom kollisioner mellan elektroner och protoner. Så genom att kollidera partiklar så får vi ut hur dessa partiklar påverkar varandra men också som i fallet för protonen, vad de består av. När två högenergi partiklar kolliderar frontalt, upptäcks tusentals partiklar i detektorer som ALICE i The Large Hadron Collider (LHC). Andelen av de laddade partiklarna som detekteras beror på hur central kollisionen var mellan de två ingående partiklarna. Denna andel är proportionelig mot antalet deltagande partiklar i kollisionen... (More)
- Partikelkollisioner gör det möjligt för oss att studera de inre strukturerna och beteendena hos partiklar som utgör universum. År 1969 upptäckte forskare att protoner faktiskt består av mindre partiklar som kallas kvarkar genom kollisioner mellan elektroner och protoner. Så genom att kollidera partiklar så får vi ut hur dessa partiklar påverkar varandra men också som i fallet för protonen, vad de består av. När två högenergi partiklar kolliderar frontalt, upptäcks tusentals partiklar i detektorer som ALICE i The Large Hadron Collider (LHC). Andelen av de laddade partiklarna som detekteras beror på hur central kollisionen var mellan de två ingående partiklarna. Denna andel är proportionelig mot antalet deltagande partiklar i kollisionen $N_{part}$ i en Glauber Monte Carlo simulering. Glauber Monte Carlo simulering kan även användar för att beräkna antalet delkollisioner ($N_{coll}$) i en kollision. Detta görs genom att en partikel är stationär (målet) och den andra i rörelse (projektilen).
Även om befintliga program som \textsc{PYTHIA} och \textsc{HERWIG} kan modellera dessa kollisioner, kommer det arbete som utförs här att från grunden se om resultaten kan jämföras med data och befintliga program. De specifika modeller som används här är två modeller för proton-jon kollisioner vilket inkluderar en svart och en grå disk modell och för virtuell-foton-jon kollisioner använder vi dipolmodellen. Svart och grå disk modellerna simulerar protonen som en tvådimensionell disk med radie $R$, och när två
diskar överlappar med varandra har de kolliderat. Den grå disken har också en opacitet, det vill säga även om de två protonerna överlappar med varandra, beroende på hur opak vi gör protonen, dessto större sannolikhet för protonerna att kollidera. Dipolmodellen simulerar virtuella-fotononer och protoner som dipoler (ex. två kvarkar som är sammankopplade). Beroende på energin i kollisionen kan sedan dipoler utvecklas till nya dipoler vilket skapar en kedja av dipoler. Dipolerna anses sen vara kolliderade beroende på orienteringen och längden på dipolerna men också distansen mellan dem. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9125780
- author
- Sepp, Oscar LU
- supervisor
- organization
- course
- FYTK03 20231
- year
- 2023
- type
- M2 - Bachelor Degree
- subject
- language
- English
- id
- 9125780
- date added to LUP
- 2023-06-21 17:20:37
- date last changed
- 2023-08-30 15:03:46
@misc{9125780,
abstract = {{In high energy physics, we want to probe the inner structures and behaviours of the particles that are the building blocks of our universe. This is often done by colliding nuclei together. This bachelor thesis presents an implementation of a Glauber Monte Carlo simulation framework to determine the geometric quantities such as the number of participating nucleons $N_{part}$ and the number of sub-collisions $N_{coll}$ as well as the total and elastic integrated cross sections in high-energy collisions. The models include the black and grey disk models for proton-ion collisions and a dipole model for virtual-photon-ion collisions, which are fit to cross section data. The models rely on the optical theorem and Good-Walker formalism to calculate $N_{coll}$ and $N_{part}$ based on the impact parameter $b$. These models for proton-proton and virtual-photon-proton ($\mathrm{\gamma^*p}$) collisions were found to be somewhat consistent with predicting the integrated total cross section as functions of the center of mass energy $\sqrt{s}$ (or virtuality $Q^2$ and center of mass energy $W^2$ in virtual-photon-proton $\mathrm{\gamma^*p}$) whilst struggling with predicting the integrated elastic cross section for proton-proton collisions.}},
author = {{Sepp, Oscar}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Glauber Monte Carlo for proton-proton and virtual-photon-proton collisions}},
year = {{2023}},
}