Skip to main content

LUP Student Papers

LUND UNIVERSITY LIBRARIES

Effect of background fluctuations on jet quenching observables

Filson, Felix LU (2025) FYSK04 20251
Department of Physics
Particle and nuclear physics
Abstract
How do event-by-event temperature fluctuations in the quark–gluon plasma alter jet- quenching signatures? This thesis answered that question by using the simulation tool JEWEL with two different medium models. The first one was a more realistic, event-by- event ”lumpy” temperature profile in the plasma. The second one treated the medium as a smooth, average background instead. Jet quenching is the energy loss of collimated sprays of particles called jets as they traverse the hot plasma. It serves as a microscope on the collision’s earliest stages. Three different jet observables were considered in this study. These were inclusive jet suppression (the fraction of jets that survive passage through the plasma), dijet asymmetry (the energy... (More)
How do event-by-event temperature fluctuations in the quark–gluon plasma alter jet- quenching signatures? This thesis answered that question by using the simulation tool JEWEL with two different medium models. The first one was a more realistic, event-by- event ”lumpy” temperature profile in the plasma. The second one treated the medium as a smooth, average background instead. Jet quenching is the energy loss of collimated sprays of particles called jets as they traverse the hot plasma. It serves as a microscope on the collision’s earliest stages. Three different jet observables were considered in this study. These were inclusive jet suppression (the fraction of jets that survive passage through the plasma), dijet asymmetry (the energy imbalance between back-to-back jet pairs) and jet fragmentation (the distribution of momentum of the particles in the jet). Both very central (where nuclei hit head-on) collisions and more peripheral ones (where they glance off each other), were simulated. In head-on collisions, both smooth and lumpy plasma gave the same jet suppression. In more peripheral collisions, however, the lumpy plasma produced a different suppression pattern than the smooth medium. Nevertheless, the momentum im- balance between paired jets was hardly affected by the lumpy background for both head-on and more peripheral collisions. These results suggested that, for some jet observables, sim- ulations could be simplified by using a smooth plasma without losing accuracy, whereas for others, the detailed background structure mattered. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Hur s ag universum ut bara n agra o ̈gonblick efter Big Bang? Det är en av de mest spännande frågorna inom fysiken i dag. Under denna ursprungliga tid bestod universum av ett extremt hett och tätt tillstånd av materia. Detta tillstånd existerar inte naturligt, dock har forskare lyckats ̊aterskapa det i laboratorier med hjälp av kollisioner av tunga atomkärnor. Detta tillstånd kallas kvark-gluonplasma, och det ̈ar just detta jag har undersökt i mitt examensarbete.
Kvarkar och gluoner ̈ar de allra minsta byggstenarna i materien. I vanliga fall är de insta ̈ngda i större partiklar som protoner och neutroner. Vid tillräckligt höga temperaturer och energier (som de som rådde i universums första mikrosekunder) kan dessa partiklar däremot... (More)
Hur s ag universum ut bara n agra o ̈gonblick efter Big Bang? Det är en av de mest spännande frågorna inom fysiken i dag. Under denna ursprungliga tid bestod universum av ett extremt hett och tätt tillstånd av materia. Detta tillstånd existerar inte naturligt, dock har forskare lyckats ̊aterskapa det i laboratorier med hjälp av kollisioner av tunga atomkärnor. Detta tillstånd kallas kvark-gluonplasma, och det ̈ar just detta jag har undersökt i mitt examensarbete.
Kvarkar och gluoner ̈ar de allra minsta byggstenarna i materien. I vanliga fall är de insta ̈ngda i större partiklar som protoner och neutroner. Vid tillräckligt höga temperaturer och energier (som de som rådde i universums första mikrosekunder) kan dessa partiklar däremot befrias och röra sig fritt i ett slags kvark-gluon-soppa. För att studera denna exotiska form av materia använder man enorma partikelacceleratorer, som till exempel Large Hadron Collider (LHC) vid CERN i Genève.
När tunga atomkärnor som bly kolliderar i dessa acceleratorer bildas kvark-gluonplasma under en bråkdel av en sekund. Samtidigt bildas ̈aven så kallade jets – smala strålar av partiklar som är spår av de ursprungliga, mycket energirika, partonerna (kvarkar och gluoner). Dessa jets kan användas som ”sonder” för att undersöka vad som händer inne i plasmat. När de passerar genom kvark-gluonplasmat förlorar de energi. Detta fenomen kallas jet quenching. Hur mycket energi som försvinner och på vilket sätt beror bland annat på egenskaperna hos det plasma de färdas genom.
Syftet med mitt arbete har varit att undersöka hur kvark-gluonplasmats bakgrundens utformning, alltså hur kvark-gluonplasmat modelleras i simuleringar, påverkar resultaten. Jag har jämfört två typer av bakgrunder: en där variationer och slumpmässiga fluktua- tioner mellan olika kollisioner finns kvar, och en där man i stället använder ett genomsnitt av många kollisioner för att skapa en jämn, idealiserad bakgrund. Genom att studera hur olika jet egenskaper påverkas av dessa två modeller, kan man dra slutsatser om vad som verkligen är viktigt för att beskriva kvark-gluonplasmat korrekt.
Det handlar inte bara om fysikaliska insikter. Om man i vissa fall kan anv ̈anda en genomsnittlig bakgrund utan att förlora i precision, innebär det att framtida simuleringar kan göras både snabbare och mer energieffektiva. Det sparar tid, resurser och el, något som är viktigt ̈aven för forskningen.
På så vis hoppas jag att mitt projekt både kan bidra till förståelsen av hur materien såg ut i universums barndom, samt hur vi på ett smartare sätt kan studera den. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Filson, Felix LU
supervisor
organization
course
FYSK04 20251
year
type
M2 - Bachelor Degree
subject
language
English
id
9201583
date added to LUP
2025-06-19 10:31:36
date last changed
2025-06-19 10:31:36
@misc{9201583,
  abstract     = {{How do event-by-event temperature fluctuations in the quark–gluon plasma alter jet- quenching signatures? This thesis answered that question by using the simulation tool JEWEL with two different medium models. The first one was a more realistic, event-by- event ”lumpy” temperature profile in the plasma. The second one treated the medium as a smooth, average background instead. Jet quenching is the energy loss of collimated sprays of particles called jets as they traverse the hot plasma. It serves as a microscope on the collision’s earliest stages. Three different jet observables were considered in this study. These were inclusive jet suppression (the fraction of jets that survive passage through the plasma), dijet asymmetry (the energy imbalance between back-to-back jet pairs) and jet fragmentation (the distribution of momentum of the particles in the jet). Both very central (where nuclei hit head-on) collisions and more peripheral ones (where they glance off each other), were simulated. In head-on collisions, both smooth and lumpy plasma gave the same jet suppression. In more peripheral collisions, however, the lumpy plasma produced a different suppression pattern than the smooth medium. Nevertheless, the momentum im- balance between paired jets was hardly affected by the lumpy background for both head-on and more peripheral collisions. These results suggested that, for some jet observables, sim- ulations could be simplified by using a smooth plasma without losing accuracy, whereas for others, the detailed background structure mattered.}},
  author       = {{Filson, Felix}},
  language     = {{eng}},
  note         = {{Student Paper}},
  title        = {{Effect of background fluctuations on jet quenching observables}},
  year         = {{2025}},
}