Mestrado

Os Gas Electron Multipliers (GEM) são um tipo de Detectores Gasosos de Micropadrão, constituídos por folhas finas de kaptonTM (50 µm de espessura) de cobre revestido em ambos os lados, perfurado com uma matriz hexagonal de furos com 60 µm de diâmetro e 140 µm de campo. Um alto campo elétrico capaz de gerar uma avalanche Townsend é criado dentro dos buracos aplicando tensão adequada através das duas camadas do GEM quando imerso em um gás. A Grupo de Íons Pesados Relativísticos do Centro de Instrumentação de Física de Alta Energia (HEPIC) do Instituto de Física da Universidade de São Paulo iniciou uma pesquisa sistemática dedicada ao desenvolvimento de detectores deste tipo, visando diversas aplicações, com foco na experiência ALICE, participando ativamente na atualização da Câmara de Projeção de Tempo (TPC) do detector ALICE no Large Hadron Collider  (LHC) no CERN, Suíça. A integração do ASIC SAMPA, desenvolvido na Universidade de São Paulo, dentro de um detector baseado em GEM, e a caracterização do desempenho do sistema em um ambiente real de detecção de partículas está em implementação e alguns dos primeiros testes de caracterização de um protótipo do detector será apresentado. Uma grande parte da pesquisa também é destinada a outros campos de aplicação, como monitoramento de feixe por imagem de nêutrons e imagens de fluorescência de raios X aplicadas à história das artes. Os detectores construídos até agora serão descritos, concentrando-se nas características especiais necessárias para o seu objectivo de detecção, juntamente com alguns dos resultados já alcançados. Os próximos estudos também serão descritos, fornecendo uma visão geral da infra-estrutura em desenvolvimento nos nossos laboratórios.

Abstract: Gas Electron Multipliers are a type of Micropattern Gaseous Detectors, consisting of thin kaptonTM foils (50 µm thickness) copper clad on both sides, perforated with a hexagonal matrix of holes with 60 µm diameter and 140 µm pitch. A high electric field capable of generating a Townsend avalanche is created inside the holes by applying suitable voltage across the two layers of the GEM when immersed in a gas. The Relativistic Heavy Ions Group of the High Energy Physics Instrumentation Center of the Physics Institute in the University of São Paulo has started systematic research dedicated to develop detectors of this type, aiming at several applications, with a focus on the ALICE experiment, taking active part in the upgrade of the Time Projection Chamber of the ALICE detector in the Large Hadron Collider at CERN, Switzerland. The integration of the ASIC SAMPA, developed in the University of São Paulo, within a GEM-based detector, and the characterization of system performance in a real particle detection environment is under implementation and some of the first characterization tests of a detector prototype will be presented. A large part of the research is also aimed at other application fields, such as beam monitoring by neutron imaging, and X-ray fluorescence imaging applied to history of arts. The detectors built until now will be described, focusing on the special features needed for their detection purpose, along with some of the results already achieved. The upcoming studies will also be described, providing an overview of the infrastructure under development in our labs.

A experiência ALICE é dedicada principalmente ao estudo do Plasma de Quarks e Glúons (QGP) que se espera que seja criado em colisões com íons pesados. Como as sondas eletromagnéticas não interagem fortemente com o QGP, os fótons diretos são testemunhas confiáveis da energia do processo duro inicial. Esta propriedade permite investigar, por exemplo, os mecanismos de perda de energia dos hádrons no meio através de estudos de jatos gama. A medição da produção de fótons diretos também é interessante em colisões p-p, pois fornece um teste da seção transversal do QCD, bem como limita a função de distribuição de partes de prótons (PDF). O Calorímetro Electromagnético do ALICE (EMCal) detecta eficazmente fótons até pT = 100 GeV/c. Para identificar fótons diretos, uma combinação de técnicas incluindo análise (eletromagnética) da forma do chuveiro e corte de isolamento tem sido utilizada. Estes métodos são eficientes na eliminação de fundo de fótons em decomposição, dominantes em colisões p-p na escala de energia de TeV. Será apresentada uma visão geral das medidas de fótons rápidos do ALICE em colisões pp e Pb-Pb. Finalmente a complementaridade da ALICE e dos outros experimentos (CMS e ATLAS) será destacada.

Abstract: The ALICE experiment is mainly devoted to the study of quark-gluon plasma (QGP) expected to be created in heavy ion collisions. Since electromagnetic probes do not interact strongly whith the QGP, direct photons are reliable witnesses of the energy of the initial hard process. This property allows one to investigate, e.g., hadrons energy loss mechanisms in the medium via gammajet studies. The measurement of direct photons production is also interesting in p-p collisions, as it provides a test of the QCD cross section as well as it constrains the proton parton distribution function (PDF). The ALICE Electromagnetic Calorimeter (EMCal) efficiently detects photons up to pt=100 GeV/c. To identify direct photons, a combination of techniques including (electromagnetic) shower shape analysis and isolation cut has been used. These methods are efficient in getting rid of decay photons background, dominant in p-p collision at the TeV energy scale. An overview of ALICE prompt photon measurements in pp and Pb-Pb collisions will be presented. Finally the complementarity of ALICE and the other experiments (CMS and ATLAS) will be highlighted.

Apresentação: https://indico.cern.ch/event/322559/contributions/748494/attachments/623884/858512/HadronPhysics_A.Mas_v3.pdf

As medidas de multiplicidade e distribuição de pseudorapidez das partículas produzidas em colisões pp são importantes para o estudo dos mecanismos de produção de partículas e para obter distribuições de base a serem comparadas com as de colisões de íons pesados. As medidas do fóton inclusivo (dominado por decaimentos π0) são complementares às medidas de partículas carregadas. O presente trabalho concentra-se na região de velocidade de avanço com comparações com diferentes modelos como PYTHIA e PHOJET. Relatamos as medidas das distribuições de multiplicidade e pseudorapidez dos fótons inclusivos usando o Detector de Multiplicidade de Fótons (PMD) do ALICE nas velocidades de avanço (2,3 < η < 3,9) em pp colisões a = 0,9, 2,76 e 7 TeV. Observa-se que as distribuições da multiplicidade de fótons são bem descritas pelas distribuições binomiais negativas (NBD). As distribuições de multiplicidade são estudadas em termos de variáveis KNO para cada energia. Mostra-se que o aumento da multiplicidade média de fótons em função da energia do feixe é compatível tanto com uma dependência logarítmica quanto com a lei de potência. Os resultados são comparados com diferentes previsões do modelo. Estes modelos reproduzem resultados experimentais com menor energia enquanto não são precisos com energias mais altas.

Abstract: Measurements of multiplicity and pseudorapidity distributions of particles produced in pp collisions are important for the study of particle production mechanisms and to obtain baseline distributions to be compared with those from heavy-ion collisions. The inclusive photon measurements (dominated by π0 decays) are complementary to the charged particle measurements. The present work focuses on the forward rapidity region with comparisons to different models such as PYTHIA and PHOJET. We report the measurements of multiplicity and pseudorapidity distributions of inclusive photons using the ALICE Photon Multiplicity Detector (PMD) at forward rapidities (2.3 < η < 3.9) in pp collisions at  = 0.9, 2.76 and 7 TeV. It is observed that the photon multiplicity distributions are well described by negative binomial distributions (NBD). Multiplicity distributions are studied in terms of KNO variables for each energy. It is shown that the increase in the average photon multiplicity as a function of beam energy is compatible with both a logarithmic and power law dependence. The results are compared to different model predictions. These models reproduce experimental results at lower energy while they are not accurate at higher energies.

ALICE é o experimento LHC dedicado ao estudo do Plasma de Quarks e Glúons (QGP). O QGP é um estado de alta densidade energética da matéria fortemente interativa em que os pártons são desconfinados. Este estado da matéria só pode ser estudado experimentalmente através de colisões com íons pesados (A-A) onde a densidade de energia necessária para a transição de fase para o QGP pode ser atingida. Medições da produção de sabores pesados é de particular interesse uma vez que os pares de quark-antiquark charm e beauty são dominantemente produzido nas fases iniciais da colisão, de modo que vivenciam toda a evolução do sistema. Isto torna-as sondas sensíveis ao QGP. O fator de modificação nuclear, que é definido como a relação entre o rendimento p_T-diferencial medido em colisões A-A e o correspondente em colisões pp (multiplicado pela função de sobreposição nuclear média), é usado para quantificar a perda de energia no meio. Esta mesma quantidade é estudada em um experimento de controle, em colisões p-A, para quantificar os efeitos da matéria nuclear fria. Com o ALICE, a produção aberta de sabores pesados é estudada através da medição de léptons (elétrons e múons) de decainebto de sabores pesados e através de mésons D reconstruídos através dos seus canais de decadência hadrónica. Apresentamos as correspondentes medidas do fator de modificação nuclear do ALICE em colisões pp, p-Pb e Pb-Pb colisões em 7 TeV, 5.02 TeV e 2.76 TeV, respectivamente.

Abstract: ALICE is the LHC experiment dedicated to the study of the Quark-Gluon Plasma (QGP). The QGP is a high energy-density state of strongly-interacting matter in which partons are deconfined. This state of matter can be studied experimentally only via heavy-ion (A-A) collisions where the necessary energy density for the phase transition to the QGP can be attained. Measurements of heavy-flavour production are of particular interest since charm and beauty quark-antiquark pairs are dominantly produced in the early stages of the collision, such that they experience the whole evolution of the system. This makes them sensitive probes of the QGP. The nuclear modification factor, which is defined as the ratio of the p_T-differential yield measured in A-A collisions and the corresponding cross section in pp collisions (multiplied by the average nuclear overlap function), is used to quantify the energy loss in the medium. This same quantity is studied in a control experiment, in p-A collisions, to quantify cold nuclear matter effects. With ALICE, open heavy-flavour production is studied via the measurement of heavy-flavour decay leptons (electrons and muons) and via D mesons reconstructed through their hadronic decay channels. We present the correspondent ALICE nuclear modification factor measurements in pp, p-Pb and Pb-Pb collisions at 7 TeV, 5.02 TeV and 2.76 TeV, respectively.

Apresentação da Defesa de Tese.

Comissão Examinadora:

Prof. Dr. Marcelo Gameiro Munhoz (Orientador --- IF-USP) 
Prof. Dr. Alberto Correa dos Reis (CBPF)
Prof. Dr. Jorge José Leite Noronha Júnior (IF-USP)
Prof. Dr. Jun Takahashi (UNICAMP)
Prof. Dr. Renato Higa (IF-USP)

Arquivos:

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As medidas de arrefecimento de jatos fornecem singulares e importantes sondas da matéria quente QCD (Quantum Chromodynamics, Cromodinâmica Quântica) gerada em colisões nucleares de alta energia. Embora a reconstrução completa dos jatos no ambiente complexo de tais colisões seja um desafio, ela promete um panorama muito mais completo das interações do jato no meio do que medições das distribuições inclusivas de hádrons e das correlações hadrônicas. Nesta apresentação, eu apresento o status das medições utilizando a reconstrução completa do jato em colisões de íons pesados realizadas na Colaboração STAR no RHIC. Destaco os progressos recentes feitos na medição da seção transversal do jato inclusivo e os observáveis de jatos relacionados que são sensíveis aos efeitos de arrefecimento.

Abstract: Jet quenching measurements provide unique and important probes of the hot QCD matter generated in high energy nuclear collisions. While full jet reconstruction in the complex environment of such collisions is challenging, it promises a much more complete picture of jet interactions in the medium than measurements of inclusive hadron distributions and hadronic correlations. In this talk I present the status of measurements utilizing full jet reconstruction in heavy ion collisions by the STAR Collaboration at RHIC. I emphasize recent progress made in measuring the inclusive jet cross section and related jet observables that are sensitive to jet quenching effects.

Proceedings: http://arxiv.org/abs/1109.4386

As medidas J/psi podem ser realizadas no experimento ALICE [1] através da decadência de dileptons em pares e-e+ (para rapidez |y|<0.9) e μ-μ+ (para rapidez -4.0<y<-2.5), em colisões próton-proton, próton-núcleo e núcleo-núcleo. As colisões próton-protões são especialmente importantes para o programa de física do ALICE, pois fornecem a base dos resultados a serem comparados com as colisões Pb-Pb, onde se espera que a produção do Plasma de Quark Gluon (QGP) [2] aconteça. Além disso, estas medidas são interessantes por si só pois o mecanismo de produção de charmonium nas interações entre hádrons ainda não está totalmente compreendido. O Calorímetro Eletromagnético do ALICE  (EMCal) [3] estende a faixa de pT das medidas J/psi, uma vez que fornece a discriminação de elétrons/ hádrons para valores de pT mais altos em comparação com outras técnicas de PID de elétrons no ALICE. O EMCal também pode fornecer gatilhos rápidos para eventos contendo elétrons de alta energia. Em 2011, durante colisões proton-proton a 7 TeV, o gatilho do ALICE EMCal foi intensamente utilizado para seleção de eventos de chuveiros de alta energia acima de 4,8 GeV. Neste cartaz, serão apresentados alguns resultados das colisões próton-próton de 2011, mostrando uma medição muito boa de J/psi, devido à combinação do ALICE EMCal PID e do sistema de disparo.

Abstract: J/psi measurements can be performed in the ALICE experiment [1] through the dilepton decay into e−e+ (for rapidity |y|<0.9) and μ−μ+ (for rapidity -4.0<y<-2.5) pairs, in proton-proton, proton-nucleus and nucleus-nucleus collisions. Proton-proton collisions are specially important for the ALICE physics program, since they provide baseline results to be compared with Pb-Pb, where one expects the production of the Quark Gluon Plasma (QGP) [2]. Moreover, these measurements are interesting per se because the mechanism of charmonium production in hadron interactions is not yet fully understood. The ALICE Eletromagnetic Calorimeter (EMCal) [3] extends the pT range of J/psi   measurements, since it provides electron/hadron discrimination for higher pT values in comparison to other electron PID techniques in ALICE. The EMCal can also provide fast triggers for events containing high energy electrons. In 2011, during proton-proton collisions at 7 TeV, the ALICE EMCal trigger was intensively used for event selection of high energy showers above 4.8 GeV. In this poster, some results from 2011 proton-proton collisions will be presented, showing a very good measurement of J/psi, due to a combination of the ALICE EMCal PID and trigger system.

Neste trabalho, estamos estudando a produção relativa de quarks beauty para charm em colisões próton-prótion em √s = 2.76 TeV, através das correlações entre elétrons provenientes do decaimento de hádrons de sabores pesados e carregados, com o detector ALICE no LHC. Este estudo representa a base para a análise em colisões de íons pesados, onde a produção dos sabores pesados é uma poderosa ferramenta para o estudo do Plasma de Quarks e Glúons (QGP).

Abstract: In this work we are studying the relative beauty to charm production in pp collisions at √s = 2.76 TeV, through correlations between electrons from heavy-flavour decay and charged hadrons, with the ALICE detector at the LHC. This study represents a baseline for the analysis in heavy-ion collisions where heavy flavour production is a powerful tool to study the Quark Gluon Plasma (QGP).

Proceedings: http://arxiv.org/abs/1211.3793

Apresentamos novos métodos de análise, baseados em dados, para a medição de jatos reconstruídos em uma ampla faixa cinemática, no complexo ambiente de colisões de íons pesados. Utilizamos cálculos de modelos simples que contêm as características essenciais da reconstrução de jatos em colisões nucleares em ambas as energias, a fim de avaliar as incertezas sistemáticas dos métodos devido a grandes antecedentes experimentais. Com base numa abordagem Bayesiana ao desdobramento dos efeitos de fundo, estabelecemos critérios para medições sistemáticas e significativas de jatos em toda a gama de energia do jato, tanto no RHIC como no LHC. Estes critérios são satisfeitos apenas por escolhas específicas de observáveis inclusivos e coincidentes, que não foram considerados anteriormente.

Proceedings: http://arxiv.org/abs/1208.1518

Oral Presentation at HLT Physics Meeting 2012.