Skip to main content

LUP Student Papers

LUND UNIVERSITY LIBRARIES

Non-Diffractive Nuclear Excitations In Angantyr

Rosenkvist, Carl LU (2023) FYTM04 20231
Department of Physics
Theoretical Particle Physics - Has been reorganised
Abstract
To better understand collectivity in high energy physics, the heavy-ion collision model Angantyr was developed to be included in the event generator Pythia. In this model, proton-proton collision phenomenology is extrapolated to heavy-ion collisions without assuming a thermal plasma for particle production. Hence, this model may help disentangle possible thermal and non-thermal phenomena contributing to collective effects. In Angatyr, nucleons which are already wounded may interact further in secondary interactions analogous to that of multiple parton interactions. There are several different interactions, but the most important one is the interaction involving color exchange, which is referred to as absorptive interactions. Due to... (More)
To better understand collectivity in high energy physics, the heavy-ion collision model Angantyr was developed to be included in the event generator Pythia. In this model, proton-proton collision phenomenology is extrapolated to heavy-ion collisions without assuming a thermal plasma for particle production. Hence, this model may help disentangle possible thermal and non-thermal phenomena contributing to collective effects. In Angatyr, nucleons which are already wounded may interact further in secondary interactions analogous to that of multiple parton interactions. There are several different interactions, but the most important one is the interaction involving color exchange, which is referred to as absorptive interactions. Due to technical challenges, secondary absorptive interactions have been simulated by using modified single diffraction events. In this thesis, we explore the possibility and result of simulating secondary absorptive interactions as modified inelastic non-diffractive events instead. This change required considerations of color flow between the interacting nucleons, energy-momentum conservation, and invariant mass distribution of the secondary event. Furthermore, we also investigated different possibilities of using the new method. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Sedan människans gryning har vi utforskat vår omgivning med hjälp av våra fem sinnen. Med allt mer avancerade mätinstrument har vår förståelse för universums natur expanderat. Vi har kunnat sondera himlakroppar flera ljusår från vår galax med teleskop och undersöka vår cellulära uppbyggnad med mikroskop. Både teleskop och mikroskop använder ljuspartiklar som antingen reflekteras eller sänds ut från ett objekt. Men om objektets storlek eller energi är jämförbar med ljuspartiklarnas, kommer dess energi att påverkas. Därför finns det en gräns för hur små objekt vi kan observera eftersom själva observationen kan störa objektet.

En sådan extremt liten partikel är kvarken, en elementarpartikel som utgör en grundläggande del av protoner och... (More)
Sedan människans gryning har vi utforskat vår omgivning med hjälp av våra fem sinnen. Med allt mer avancerade mätinstrument har vår förståelse för universums natur expanderat. Vi har kunnat sondera himlakroppar flera ljusår från vår galax med teleskop och undersöka vår cellulära uppbyggnad med mikroskop. Både teleskop och mikroskop använder ljuspartiklar som antingen reflekteras eller sänds ut från ett objekt. Men om objektets storlek eller energi är jämförbar med ljuspartiklarnas, kommer dess energi att påverkas. Därför finns det en gräns för hur små objekt vi kan observera eftersom själva observationen kan störa objektet.

En sådan extremt liten partikel är kvarken, en elementarpartikel som utgör en grundläggande del av protoner och neutroner i atomkärnor. Kvarkar är så små och grundläggande att direkt observation är omöjlig. Dessutom kan inte enskilda kvarkar observeras eftersom de inte kan existera ensamma, utan är alltid bundna till andra kvarkar.

Visserligen kan kvarkar inte observeras direkt, men deras existens kan bekräftas genom deras interaktioner, vilket kan undersökas med hjälp av partikelacceleratorer. Ett exempel på en sådan interaktion är proton-proton-kollisioner, där protonen består av två upp-kvarkar och en ned-kvark. Andra kollisionsexperiment inkluderar kollisioner mellan tunga joner som till exempel bly eller guldjoner. Genom att studera resultaten från dessa kollisioner kan forskare lära sig mer om kvarkarnas egenskaper och hur de interagerar med varandra för att bilda protoner, neutroner och andra subatomära partiklar.

Inom kärn- och partikelfysik undersöks kvark-gluon plasma, en exotisk form av materia som endast existerar vid extremt höga temperaturer och/eller tryck. Denna plasma skapas vid tillräckligt höga temperaturer och tryck då kvarkmateria, som utgör protoner och neutroner, övergår till en plasmafas där dess byggstenar blir nästan fria. Denna typ av plasma kan hjälpa till att förklara fysiska fenomen och har stor betydelse inom kosmologin, då det antas ha existerat i universum en kort tid efter Big Bang. För att undersöka om kvark-gluon plasma skapas vid tungjonskollisioner använder forskare teoretiska modeller för att förklara interaktionerna och simuleringsprogram för att återskapa resultaten av kollisionerna i acceleratorer.

I kollisioner mellan protoner finns det indikationer på att kvark-gluon plasma kan skapas, även om energitätheten inte är tillräckligt hög för att plasmabildning ska ske. Detta väcker frågan om de plasma-liknande effekterna faktiskt beror på att plasma bildas eller om de orsakas av andra fenomen. I båda fallen bör protonkollisioner kunna bygga upp plasmaliknade effekter i tungjonskollisioner.

För att undersöka denna möjlighet har tungjonsmodellen Angantyr utvecklats som baseras på att extrapolera protonkollisioner till tungjonskollisioner. I och med att en atoms kärna är uppbygd av nukleoner (protoner och neutroner) så kan en kärnkollision ses som ett flertal nukleonkollisioner. Därav kan Angantyr simulera en tungjonkollision genom att modifera protonkollisioner till att se ut som nukleonkollisioner.

I denna modell finns det olika typer av nukleoninteraktioner: absorptiva, elastiska och diffraktiva. I absorptiva interaktioner utbyter nukleonerna så kallade färgladdningar. Färgladdningarna är egenskaper som liknar elektriska laddningar, men istället för att ha plus och minus finns det tre stycken: röd, grön och blå. Genom att kombinera dessa tre färgladdningar kan en neutral "vit" laddad partikel skapas. Å andra sidan utbyts inga färgladdningar i både diffraktiva och elastiska interaktioner. Dessa typer av interaktioner involverar inte utbytet av färgladdningar mellan nukleonerna. I Angantyr finns det nukleoner som interagerar absorptivt med flera andra nukleoner vilket är tekniskt svårt att beskriva. Istället har sekundära absorptiva kollisioner simulerats som modifierade diffraktiva. I detta arbete har vi istället använt icke-diffraktiva inelastiska interaktioner för att generera sekundära absorptiva. Kollisionerna utgår från en primär interaktion där de två nukleonerna inte redan har interagerat med andra nukleoner. Sedan läggs de sekundära interaktionerna till den primära händelsen. Detta arbete utgår från dessa tre frågor:

1. Hur fungerar utbyte av färgladdningar mellan de primära och sekundära händelserna?
2. Hur mycket energi extraherar den sekundära händelsen från de primära händelserna?
3. Påverkas partikelproduktionen om kvarkar eller gluoner extraheras från den primära händelsen?

Efter genomförda förändringar har simuleringen av datan förbättrats på flera sätt jämfört med den ursprungliga metoden. Dessutom upptäckte vi att partikelproduktionen inte berodde på om kvarkar eller gluoner användes. Även om dessa resultat är lovande, är det viktigt att notera att beskrivningen av icke-diffraktiva händelser med modellen Angantyr fortfarande inte är heltäckande. Tidigare har inte modellen inkluderat färg-omkopplingar, som simulerar färgstörningar vid höga densiteter av färgladdningar. Färg-omkopplingar är en nödvändig komponent vid höga densiteter av färgladdningar, så att undersöka hur vår nya metod interagerar med dessa öppnar upp möjligheter för ytterligare forskning och förbättringar. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Rosenkvist, Carl LU
supervisor
organization
course
FYTM04 20231
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
keywords
Heavy-ion, non-diffractive, nuclear excitation, secondary interactions
language
English
id
9131895
date added to LUP
2023-08-21 09:35:22
date last changed
2023-08-30 14:51:40
@misc{9131895,
  abstract     = {{To better understand collectivity in high energy physics, the heavy-ion collision model Angantyr was developed to be included in the event generator Pythia. In this model, proton-proton collision phenomenology is extrapolated to heavy-ion collisions without assuming a thermal plasma for particle production. Hence, this model may help disentangle possible thermal and non-thermal phenomena contributing to collective effects. In Angatyr, nucleons which are already wounded may interact further in secondary interactions analogous to that of multiple parton interactions. There are several different interactions, but the most important one is the interaction involving color exchange, which is referred to as absorptive interactions. Due to technical challenges, secondary absorptive interactions have been simulated by using modified single diffraction events. In this thesis, we explore the possibility and result of simulating secondary absorptive interactions as modified inelastic non-diffractive events instead. This change required considerations of color flow between the interacting nucleons, energy-momentum conservation, and invariant mass distribution of the secondary event. Furthermore, we also investigated different possibilities of using the new method.}},
  author       = {{Rosenkvist, Carl}},
  language     = {{eng}},
  note         = {{Student Paper}},
  title        = {{Non-Diffractive Nuclear Excitations In Angantyr}},
  year         = {{2023}},
}