Neutral meson measurement in ALICE with EM-calorimeters in pp collisions at LHC energies

par Renzhuo Wan

Thèse de doctorat en Physique des particules

Sous la direction de Christelle Roy et de Daicui Zhou.

Soutenue en 2011

à Strasbourg en cotutelle avec [Hua-Zhong Normal University, Wuhan (Chine)] .

  • Titre traduit

    Mesure de mésons neutres dans ALICE avec les calorimètres électromagnétiques dans les collisions pp aux énergies du LHC


  • Résumé

    Sonder le plasma de quarks et de gluons et explorer ses propriétés thermiques comme son évolution dynamique sont les principaux objets des collisions d'ions lourds ultra-relativistes. La sonde électromagnétique dure est un outil expérimental bien établi. ALICE est l'une des quatre expériences principales du LHC, qui est dédiée aux collisions d'ions lourds d'énergie √SNN = 5,5 TeV. Les prises de données initiales avec des collisions pp à 900GeV(2009) et 7TeV(2010) sont des points de référence nécessaires. Dans la présente thèse, trois parties sont principalement concernées : 1) les taux de production brut de mésons neutres π0 (η) en 2γ et ω (782) -> π0γ-> 3 γ, ont été estimés, avec une configuration réaliste de détecteurs. Ces taux nous ont donné une référence importante avant la prise de données d'ALICE. Elle prouve également la possibilité de mesurer la η et ω (782) en dépit de l'acceptance limitée du calorimètre PHOS. 2) La chaîne de traitement, des données brutes à l'analyse physique des données, est étudiée pour une meilleure compréhension des détecteurs. Selon la conception spécifique de chaque calorimètre (PHOS et EMCal), ainsi que les stratégies d'extraction des mésons neutres par analyse de masse invariante, la forme de la gerbe et les coupures d'isolement sont étudiées. 3) D'après la statistique actuelle obtenue pour les collisions pp à 7TeV, ~ 390M événements min-bias sont analysés. En utilisant l'analyse de la masse invariante, le spectre des π0 est extrait à l'aide de PHOS, jusqu'à de hautes impulsions (pT~25GeV/c). Les incertitudes systématiques sont pour l'essentiel dues à l'étalonnage du niveau d'énergie absolue, la non-linéarité de la réponse de détecteur, les canaux défectueux et le pertes de π0 par conversion dans la matière. La section efficace de production des π0 est comparée aux calculs NLO. Les pics de masse du η et du ω(782) sont également observés. Les mesures initiales des mésons neutres sont cruciales pour l'étalonnage des calorimètres électromagnétiques. Elle est également liée à la quasi-totalité de la physique photon, comme l'excès aux photons directs, la mesure de flot et la physique des jets, etc. Dans les années qui suivent, ALICE va poursuivre la prise de données avec des collisions pp et PbPb. Une plus grande statistique sera accumulée, ouvrant ainsi la porte à une physique très riche.


  • Résumé

    Probing of the quark gluon plasma and exploring its thermal properties and dynamic evolution are the main objects in ultra-relativistic heavy-ion collisions. The hard electromagnetic probe is a well built detection. A Large Ion Collider Experiment (ALICE) is one of four main experiments at the LHC, which is dedicated on the heavy ion collisions at a top energy √SNN=5. 5 TeV. The initial runs with pp collisions at 900 GeV (2009) and 7 TeV (2010) are necessary reference points. In the thesis, three parts are mainly involved : 1) the raw yield of neutral mesons by π0(η)->2γ and ω(782)->π0γ->3 γ with the realistic geometrical configuration were estimated. It gave us an important reference before the ALICE data-taking. It also proves the possibility to measure the η and ω(782) despite of its limited acceptance for PHOS. 2) The data processing chain from raw data to the physics analysis oriented are studied for a better understanding to the detectors. Depending on the different design of the PHOS and EMCAL, the strategies of the neutral mesons extraction by invariant mass analysis, shower shape analysis and isolation cut method are studied. 3) From the current statistics with pp collisions at 7 TeV, ~ 390 million min-bias events are analyzed. By using the invariant mass analysis, π0 spectrum is extracted up to pT range to 25~GeV/c with PHOS. The systematic uncertainties are estimated due to the absolute energy scale calibration, non-linearity response, bad channels and π0 conversion loss. The final π0 cross-section is compared with the NLO calculation. The η and ω(782) peak are also observed. The initial measurements of neutral mesons are crucial for the calibration of electromagnetic calorimeters. It is also related to almost all the photon physics, such as direct photon excess, flow measurement and jet physics etc. In the coming years, ALICE will continue with the data taking with pp and PbPb collisions. And more statistics and rich physics will come forth.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (XI-138 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 129-138

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  • Bibliothèque : Université de Strasbourg. Service commun de la documentation. Bibliothèque Blaise Pascal.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th.Strbg.Sc.2011;1006
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