Mestrado

Os detectores de nêutrons térmicos à base de boro recuperaram recentemente alguma atenção da comunidade de instrumentação como uma forte alternativa aos detectores de hélio-3. A partir dos conceitos existentes explorando camadas de boro em detectores sensíveis à posição, a Cascata [1] é a que tira o máximo proveito das capacidades 2D dos detectores gasosos, com a resolução de posição não limitada pela arquitetura do detector. Neste trabalho, é apresentada uma proposta para o detector Cascade, baseada em Thick-GEMs, juntamente com alguns estudos preliminares do campo adequado que otimiza a eficiência da conversão de nêutrons, mantendo intacta a eficiência da coleta. A caracterização dos protótipos Thick-GEM produzidos no Brasil com campo de furo de 0,75 a 3 mm mostra que esses dispositivos já apresentam um desempenho estável com baixos ganhos, resultando também em uma resolução energética justa, quando cascados com um KaptonTM padrão de 50 µm GEM. Também são apresentados os resultados das primeiras tentativas de deposição de filmes de boro com deposição assistida por feixe de íons e caracterização por análise de feixe de íons.

Abstract: Boron-based thermal neutron detectors have recently regained some attention from the instrumentation community as a strong alternative to helium-3 detectors. From the existing concepts exploiting boron layers in position sensitive detectors, the Cascade [1] is the one that takes full advantage of the 2D capabilities of gaseous detectors, with the position resolution not limited by the architecture of the detector. In this work, a proposal for the Cascade detector, based on Thick-GEMs is presented, together with some preliminary studies of the suitable pitch that optimizes the neutron conversion efficiency, while keeping the collection efficiency intact. The characterization of Thick-GEM prototypes produced in Brazil with hole pitch from 0.75 to 3 mm shows that these devices already present a stable performance at low gains, also resulting in fair energy resolution, when cascaded with a standard KaptonTM 50 µm GEM. Results of the first attempts of boron film depositions with Ion Beam Assisted Deposition and characterization by Ion Beam Analysis are also presented.

Proceedings: https://www.epj-conferences.org/articles/epjconf/abs/2018/09/epjconf_mpgd2018_01012/epjconf_mpgd2018_01012.html

Quarks pesados, charm e bottom, são produzidos em fases iniciais de colisões de íons pesados. Propagando através da matéria criada, eles servem como sonda da dinâmica do Plasma de Quarks e Glúons (QGP) fortemente interativo, quente e denso. A dependência do momento transversal do fluxo elíptico (v_2) dos quarks pesados é sensível às propriedades do QGP. Um v_2 não-zero de elétrons de baixo momento transversal de decaimentos semi-leptônicos de sabores pesados indica um movimento coletivo dos quarks pesados em relação ao grosso da matéria criada. Enquanto que um alto momento transversal v_2 é sensível à dependência do comprimento do caminho de perda de energia pesada no QGP. Apresentamos medidas do elétron de sabor pesado v_2 em colisões Pb-Pb a √sNN = 2,76 TeV pelo experimento ALICE a meados da rapidez. Em 2011, o Calorímetro Eletromagnético (EMCal) forneceu um gatilho online dedicado para medições de elétrons de alto momento em colisões Pb-Pb. Os elétrons foram identificados nestes eventos desencadeados usando a Câmara de Projeção de Tempo (TPC) e o Calorímetro Eletromagnético (EMCal). O elétron de sabor pesado v_2 será mostrado como uma função do momento transversal dos elétrons de decaimento.

Abstract: Heavy quarks, charm and bottom, are produced in early stages of heavy-ion collisions. Propagating through the created matter they serve as a probe of the dynamics of the strongly-interacting, hot and dense plasma of quarks and gluons (QGP). The transverse momentum dependence of the elliptic flow (v_2) of heavy quarks is sensitive to the properties of the QGP. A non-zero v_2 of low transverse momentum electrons from semi-leptonic decays of heavy flavours indicates a collective motion of the heavy quarks with respect to the bulk of the created matter. Whereas, the high transverse momentum v_2 is sensitive to the path length dependence of heavy-quark energy loss within the QGP. We present measurements of heavy-flavour electron v$_2$ in Pb-Pb collisions at √sNN = 2.76 TeV by the ALICE experiment at mid-rapidity. In 2011, the Electromagnetic Calorimeter (EMCal) provided a dedicated online trigger for measurements of high momentum electrons in Pb-Pb collisions. The electrons were identified in these triggered events using the Time Projection Chamber (TPC) and the Electromagnetic Calorimeter (EMCal). The heavy-flavour electron v_2 will be shown as a function of the transverse momentum of the decay electrons.

Colisões centrais de Au+Au no RHIC exibem uma forte supressão de partículas quando comparadas com colisões p+p. Este fenômeno pode ser entendido no quadro de arrefecimento de jatos ou na perda de energia de pártons dentro do Plasma de Quarks e Glúons (QGP). Espera-se que os pártons mais pesados sofram menos supressão do que os mais leves.  Neste cenário, quarks pesados são menos suprimidos do que quarks leves. No entanto, experimentos mostram que quarks pesados são tão suprimidos quanto os quarks leves. Uma explicação possível pode ser obtida ao considerar flutuações no meio que levam a regiões de alta densidade que podem causar uma considerável supressão de quarks nos estágios iniciais da evolução da colisão. A dinâmica do QGP também é importante, pois essas regiões de alta densidade podem se expandir de forma diferente do resto do plasma. Este trabalho visa analisar o efeito global destas flutuações na supressão de quarks pesados no interior do QGP. Isto pode ser feito através de simulações computadorizadas de quarks charm e bottom propagando-se através da região considerando diferentes modelos de perda de energia, que então retornarão uma estimativa do fator de modificação nuclear (R_AA). As flutuações nas condições iniciais do QGP são obtidas pela adição de uma bolha tipo gaussiana ao perfil de densidade do meio. O número de bolhas, bem como sua largura e altura são controlados de perto para que possam ser usados para entender seus efeitos à estimativa final do R_AA. Até este momento, algumas simulações preliminares já foram realizadas.

Abstract: Central Au+Au collisions at RHIC exhibit a strong particle suppression when compared to p+p collisions. This phenomenon can be understood in the framework of jet quenching or energy loss of partons inside the quark-gluon plasma (QGP). It is expected that heavier partons suffer less suppression than lighter ones.  In this scenario heavy-quark is less suppressed than light-quark. However, experiments show that heavy-quarks are as suppressed as light quarks. One possible explanation can be obtained when considering fluctuations in the medium that lead to high-density regions which can cause a considerable quark suppression at the early stages of the collision evolution. The QGP dynamics is also important as these high-density regions might expand differently from the rest of the plasma. This work aims to analyse the overall effect of these fluctuations in heavy-quark suppression inside the QGP. This can be done through computer simulations of charm and bottom propagating through the region considering different models of energy loss, which will then return an estimate of the nuclear modification factor (R_AA). The fluctuations in initial conditions of the QGP are obtained by adding a Gaussian-like bubbles to the density profile of the medium. The number of bubbles as well as its width and height are closely controlled so that they can be used to understand their effects to the final estimate of R_AA. As for now some preliminary simulations were performed.

Os quarks pesados, charm e beauty, são produzidos predominantemente em espalhamentos iniciais e interagem com o meio criado em colisões de íons pesados a altas energias. A anisotropia elíptica azimutal v2 de hádrons carregando sabores pesados sonda as propriedades do Plasma de Quarks e Glúons (QGP). Um v2 não-nulo de hádrons de sabor pesado em baixo momento transversal indica um movimento coletivo dos quarks pesados no QGP. Enquanto que o momento transversal alto v2 é sensível à dependência do comprimento do trajeto da perda de energia dos quarks pesados dentro do meio denso. A perda de energia do heavy-quark também pode ser investigada pelo fator de modificação nuclear RAA, que quantifica a supressão da produção de hádrons de sabor pesado em colisões de íons pesados. Apresentamos medições de mésons D e elétrons de decaimento de sabor pesado a meados da rapidez e múons de decaimento de sabor pesado a rapidez avançada em colisões Pb-Pb a √sNN = 2,76 TeV com o experimento ALICE no LHC. Será mostrado o fator de modificação nuclear e a anisotropia elíptica azimutal das sondas de sabor pesado medidas. As medições são comparadas com as previsões teóricas.

Abstract: Heavy quarks, charm and beauty, are predominantly produced in initial hard scatterings and interact with the medium created in heavy-ion collisions at high energies. The elliptic azimuthal anisotropy v2 of hadrons carrying heavy flavours probes the properties of the Quark-Gluon Plasma (QGP). A nonzero v2 of heavy-flavour hadrons at low transverse momentum indicates a collective motion of the heavy quarks in the QGP. Whereas, the high transverse momentum v2 is sensitive to the path length dependence of heavy-quark energy loss within the dense medium. The heavy-quark energy loss can also be investigated by the nuclear modification factor RAA, which quantifies the suppression of heavy-flavour hadron production in heavy-ion collisions. We present measurements of D mesons and heavy-flavour decay electrons at mid-rapidity and heavy-flavour decay muons at forward rapidity in Pb-Pb collisions at √sNN = 2.76 TeV with the ALICE experiment at the LHC. The nuclear modification factor and the elliptic azimuthal anisotropy of the measured heavy-flavour probes will be shown. The measurements are compared to theoretical predictions.

Proceedings: http://inspirehep.net/record/1250644

Os hádrons de sabor pesado, ou seja, hádrons portadores de quarks charm ou beauty, são uma sonda adequada para estudar o Plasma de Quarks e Glúons (QGP) em colisões relativísticas de íons pesados. Por esta razão, medições de elétrons a partir do decaimento de hádrons pesados foram realizadas em colisões de pp, p-Pb e Pb-Pb no LHC com o detector ALICE. Resultados para os fatores de modificação nuclear (RpA e RAA) suportam uma perda final de energia de quarks pesados em colisões centrais de Pb-Pb e, em colisões semicentrais, foi observado um coeficiente de fluxo elíptico positivo v2 de elétrons de decaimentos de hádrons de sabor pesado. Além disso, foi observada uma estrutura de dupla colisão na distribuição de correlação angular medida de duas partículas, desencadeada por elétrons de decaimento de sabor pesado, em colisões de alta multiplicidade p-Pb em relação à colisões de baixa multiplicidade p-Pb e à colisões de pp.

Abstract: Heavy-flavour hadrons, i.e. hadrons carrying charm or beauty quarks, are a well-suited probe to study the Quark–Gluon Plasma (QGP) in relativistic heavy-ion collisions. For this reason, measurements of electrons from heavy-flavour hadron decays have been performed in pp, p–Pb and Pb–Pb collisions at the LHC with the ALICE detector. Results for the nuclear modification factors (RpA and RAA) support a final-state energy loss of heavy quarks in central Pb–Pb collisions and, in semi-central collisions a positive elliptic flow coefficient v2 of electrons from heavy-flavour hadron decays was observed. Furthermore, a double-ridge structure was observed in the measured two-particle angular correlation distribution, triggered by heavy-flavour decay electrons, in high-multiplicity p–Pb collisions relative to low-multiplicity p–Pb collisions and to pp collisions.

Proceedings: https://arxiv.org/abs/1404.3983

Na física de íons pesados relativísticos, as correlações de duas partículas fornecem uma ferramenta muito útil para investigar o Plasma de Quarks e Glúons (QGP). Este observável é sensível a várias das propriedades do QGP tais como ressonâncias, interação de pártons com o meio e efeitos coletivos (e. g. fluxo elíptico). No presente trabalho, a função de correlação entre elétrons de decaimento de hádrons de sabores pesados e leves foi medida em pp e colisões Pb-Pb (central e semi-central). Além disso, em colisões em pp, a contribuição relativa de quarks beauty para a seção transversal total de elétrons de decaimento de sabores pesados foi estimada comparando-se a correlação medida com os modelos de Monte-Carlo.

Abstract: In relativistic heavy-ion physics two-particle correlations provide a very useful tool to investigate the Quark-Gluon Plasma (QGP). This observable is sensitive to several of the properties of the QGP such as resonances, interaction of partons with the medium and collective effects (e. g. elliptic flow). In the present work, the correlation function between electrons from heavy-flavour hadron decays and light hadrons was measured in pp and Pb-Pb collisions (central and semi-central). Furthermore, in pp collisions the relative beauty contribution to the total cross section of electrons from heavy-flavour decays was estimated by comparing the measured correlation with Monte-Carlo templates.

Proceedings: https://arxiv.org/abs/1404.4243

As colisões centrais Au+Au no RHIC exibem uma forte supressão de partículas quando comparadas com as colisões p+p, que geralmente estão associadas com o arrefecimento de jato ou perda de energia dos pártons dentro do Plasma de Quarks e Glúons (QGP). Uma questão que surge desta observação diz respeito ao comportamento relativo entre quarks pesados e leves. Dados experimentais do RHIC e do LHC indicam que os quarks pesados são tão suprimidos quanto os leves. O nosso objetivo neste trabalho é investigar o efeito das flutuações do estado inicial na perda de energia dos quarks pesados. Estas flutuações podem levar a manchas de densidade muito alta que podem aumentar a supressão dos quarks pesados nos estágios iniciais da colisão. Além disso, estudamos o efeito da expansão média com o tempo, uma vez que pode causar a expansão dessas manchas de alta densidade de forma diferente do resto do plasma, afetando também a perda de energia dos quarks pesados. Este trabalho consiste em simulações computacionais de quarks charm e bottom que se propagam através do meio até se fragmentarem e se hadronizarem à medida que atingem a temperatura de congelamento. Os mésons resultantes são forçados a decair, dando-nos o espectro de pT de elétrons que é usado para estimar o fator de modificação nuclear RAA e v2. Usamos um código hidrodinâmico ideal Lagrangiano 2D+1 recentemente desenvolvido, baseado no algoritmo Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) e investigamos o arrefecimento de quark pesados em uma base de evento a evento. As simulações são realizadas em dois cenários diferentes: eventos de condições iniciais flutuantes e suaves.

Abstract: Central Au+Au collisions at rhic exhibit a strong particle suppression when compared to p+p collisions, which is usually associated with jet quenching or energy loss of partons inside the quark-gluon-plasma (qgp). One question that arises from this observation concerns the relative behavior between heavy and light quarks. Experimental data from rhic and lhc indicates that heavy quarks are as suppressed as light ones. We aim in this work to investigate the effect of initial state fluctuations in the energy loss of heavy quarks. These fluctuations may lead to very high density spots that could enhance the heavy quark suppression at the early stages of the collision. Furthermore, we study the effect of medium expansion with time as it might cause these high density spots to expand differently from the rest of the plasma, affecting heavy quark energy loss as well. This work consists of computational simulations of charm and bottom quarks propagating through the medium until they fragment and hadronize as they reach the freeze-out temperature. The resulting mesons are forced to decay, giving us the electron pT spectrum that is used to estimate the nuclear modification factor RAA and v2. We use a newly developed 2D+1 Lagrangian ideal hydrodynamic code which is based on the Smoothed Particle Hydrodynamics (sph) algorithm and investigate heavy quark quenching in an event-by-event basis. The simulations are performed on two different scenarios: fluctuating and smooth initial conditions (ic) events.

As medidas de produção de hádrons de sabor pesado (ou seja, contendo quarks charm ou beauty) são utilizadas para estudar a propriedades do meio quente, denso e fortemente interativo criado em colisões de íons pesados (por exemplo, colisões Pb-Pb). Em tais colisões, onde altas temperaturas são alcançadas, espera-se a formação do Plasma de Quarks e Glúons (QGP). O QGP é um estado de alta densidade de matéria fortemente interativa em que os pártons estão desconfinados. Quarks pesados são produzidos nos estágios iniciais da colisão e experimentam, portanto, toda a evolução do o sistema. A colaboração ALICE mediu o decaimento de elétrons de hádrons de sabor pesado em colisões Pb-Pb em √sNN = 2,76 TeV a meados da rapidez. Uma forte supressão do rendimento de elétrons de decaimento de sabor pesado em pT elevado é observado em 10% das colisões mais centrais. Neste trabalho, utilizamos medidas de produção de sabores pesados em colisões p-Pb a √sNN = 5,02 TeV para estudar os efeitos da matéria nuclear fria, fornecendo assim informação relevante para a interpretação dos resultados obtidos na colisão de íons pesados. Os elétrons foram identificados com a Câmara de Projeção de Tempo (TPC) e o Calorímetro Eletromagnético (EMCal). Além disso, o EMCal forneceu um gatilho durante a execução do p-Pb do LHC. O gatilho melhora a amostra registrada de sondas, tais como fótons e elétrons de pT alto. O gatilho permite-nos estender o alcance do pT para as medições de decaimento de elétrons de sabores pesados. Mostraremos o fator de modificação nuclear dos elétrons de decaimento pesado em colisões p-Pb.

Abstract: Measurements of heavy-flavour hadron (i.e. containing charm or beauty) production are used to study the properties of the hot and dense strongly-interacting medium created in heavy-ion collisions (e.g. Pb-Pb collisions). In such collisions, where high temperatures are attained, it is expected the formation of the Quark Gluon Plasma (QGP). QGP is a high-density state of strongly-interacting matter in which partons are deconfined. Heavy quarks are produced in the early stages of the collision and experience therefore the whole evolution of the system. The ALICE collaboration has measured electrons from heavy-flavour hadron decays in Pb-Pb collisions at √sNN = 2.76 TeV at mid-rapidity. A strong suppression of the yield of heavy-flavour decay electrons at high pT is observed in the 10% most central collisions. In this work, we use measurements of heavy-flavour production in p-Pb collisions at √sNN = 5.02 TeV to study cold nuclear matter effects, thus providing relevant information for the interpretation of the results obtained in heavy-ion collision. Electrons have been identified with the Time Projection Chamber (TPC) and the Electromagnetic Calorimeter (EMCal). In addition, the EMCal provided a trigger during the p-Pb run of the LHC. The trigger enhances the recorded sample of rare probes, such as high pT photons and electrons. The trigger allows us to extend the pT reach for heavy-flavour decay electron measurements. We will show the heavy-flavour decay electron nuclear modification factor in p-Pb collisions.