Mestrado

O ALICE (A Large Ion Collider Experiment) é a experiência do LHC dedicada ao estudo do Plasma de Quarks e Glúons (QGP). O QGP é um estado de alta densidade energética de matéria fortemente interativa em que os pártons estão desconfinados. Este estado da matéria pode ser estudado experimentalmente apenas através de colisões com íons pesados (A-A) onde a densidade de energia necessária para a transição de fase para o QGP pode ser alcançada. Medições da produção de sabores pesados aberos são de particular interesse uma vez que o quarks charm e beauty são produzidos predominantemente nos estágios iniciais das colisões e propagam-se através do meio de alta densidade que interage com os seus constituintes, sondando assim toda a evolução do sistema. Em particular, ainteração das partículas com o QGP pode levar a uma perda de energia que pode ser colisional ou radiativa. O fator de modificação nuclear, que é definido como a razão do rendimento pT-diferencial medido em colisões A-A e a seção transversal correspondente em colisões pp multiplicadas pela função de sobreposição nuclear média, é usada para quantificar o meio e ajuda a compreender a perda de energia no QGP. Esta mesma quantidade é estudada em uma experiência de controle, em colisões p-A, para quantificar os efeitos da matéria nuclear fria (alargamento de momento, perda de energia e modificação nuclear das funções de distribuição das peças (PDF), como sombreamento/saturação). Para além do fator de modificação nuclear, a anisotropia azimutal de sabores pesados abertos em colisões não centrais de íons pesados é também sensível às propriedades de transporte do meio. A anisotropia é quantificada pelo segundo coeficiente de Fourier v2, que é calculado com base no ângulo azimutal do momento da partícula no que diz respeito ao plano de reação. Com o ALICE, a produção de sabores pesados abertos é estudada através da medição de léptons (eléctrons e múons) de decaimento de sabores pesados e através de mésons D reconstruídos através dos seus canais de decaimento hadrônico. Apresentamos as medições correspondetes ao ALICE de sabores pesados em colisões pp, p-Pb e Pb-Pb a √s = 7 TeV, √sNN = 5.02 TeV e √sNN = 2,76 TeV, respectivamente.

Abstract: ALICE (A Large Ion Collider Experiment) 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 open heavy-flavour production are of particular interest since charm and beauty are dominantly produced in the early stages of the collision and they propagate through the high-density medium interacting with its constituents, thus probing the whole evolution of the system. In particular, the interaction of the particles with the QGP can lead to an energy loss that can be collisional or radiative. The nuclear modification factor, which is defined as the ratio of the pT-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 medium effects and helps to understand the energy loss in the QGP. This same quantity is studied in a control experiment, in p-A collisions, to quantify cold nuclear matter effects (momentum broadening, energy loss and nuclear modification of the parton distribution functions (PDF), as shadowing/saturation). In addition to the nuclear modification factor, the azimuthal anisotropy of open heavy flavours in non-central heavy-ion collisions is also sensitive to the transport properties of the medium. The anisotropy is quantified by the second Fourier coefficient v2, which is calculated based on the azimuthal angle of the particle momentum with respect to the reaction plane. 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 open heavy-flavour measurements in pp, p-Pb and Pb-Pb collisions at √s = 7 TeV, √sNN = 5.02 TeV and √sNN = 2.76 TeV, respectively.

Recentemente foi demonstrado que uma descrição realista do meio através da hidrodinâmica viscosa por evento desempenha um papel importante no antigo enigma RAA vs. v2 em alto pT. Neste processo, começamos a estender esta abordagem ao setor de sabores pesados, investigando os efeitos de fundos hidrodinâmicos flutuantes completos, evento a evento, sobre o fator de supressão nuclear e v2 {2} de mésons de sabores pesados e elétrons não-fotônicos em pT intermediário a alto. Também mostramos resultados para v3 {2} de B0 e D0 para colisões de Pb-Pb em √s = 2.76 TeV.

Abstract: Recently it has been shown that a realistic description of the medium via event-by-event viscous hydrodynamics plays an important role in the long-standing RAA vs. v2 puzzle at high pT. In this proceedings we begin to extend this approach to the heavy flavor sector by investigating the effects of full event-by-event fluctuating hydrodynamic backgrounds on the nuclear suppression factor and v2 {2} of heavy flavor mesons and non-photonic electrons at intermediate to high pT. We also show results for v3 {2} of B0 and D0 for Pb-Pb collisions at √s = 2.76 TeV.

Proceedings: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/779/1/012035

No presente trabalho é estudado o desempenho do FoCal (Forward Calorimeter), um calorímetro electromagnético, com elevada granularidade, proposto como upgrade para o experiemento ALICE, no LHC. O principal objetivo do detector é ser capaz de identificar fótons diretos na região de pseudo-rapidez entre 2,5 < η < 4,5. Esta região avançada é dominada por fótons em decaimento, principalmente do decaimento de píons neutros, assim uma medição eficiente dos fótons diretos está diretamente associada à eficiência na identificação de fótons a partir do decaimento de píons neutros. Para separar os fótons diretos dos fótons de decaimento, três métodos de análise diferentes são explorados: a massa invariante, a forma do chuveiro e isolamento, cada um útil em diferentes faixas de energia do píon neutro. O método da massa invariante permite a identificação de fótons em decaimento com uma eficiência em torno de 95% em um ambiente de uma única partícula e píons neutros com energia entre 0 e 300 GeV. Em um ambiente pp, este mostrou uma eficiência de 85%. O método da forma do chuveiro permite a identificação de fótons diretos com uma eficiência de 90% e a rejeição de 65% a 95% dos fótons de decaimento na faixa de energia entre 300 GeV a 500 GeV, em um ambiente de uma única partícula. O isolamento é aplicado a ambientes pp e Pb-Pb, e pode atingir valores de alta eficiência na detecção de fótons diretos, mas o método é limitado pelo elevado fundo de fótons em decaimento, e a pureza dos cortes não são melhores do que cerca de 10%. Atualmente, o desempenho destes métodos está sendo estudado numa versão mais recente do desenho proposto pelo FoCal, que inclui um calorímetro hadrônico logo depois do calorímetro eletromagnético e cobre uma região de pseudo-rapidez de 4 < η < 5.

Abstract: In the present work is studied the performance of the FoCal (Forward Calorimeter), a forward electromagnetic calorimeter, with high granularity, proposed as an upgrade for the ALICE experiment, in LHC. The main goal of the detector is to be able to identify direct photons in the pseudo-rapidity region 2.5 < η < 4.5. This forward region is dominated by decay photons, mainly from neutral pions decay, so an efficient mesurement of direct photons is directly associated to the efficiency in identifing photons from neutral pions decay. To separate direct photons from decay photons, three different analysis methods are explored: the invariant mass, shower shape and isolation, each one usefull in different energy ranges of the neutral pion. The invariant mass method allows for the identification of decay photons with an efficiency around 95% in a single particle environment and neutral pions with energy between 0 and 300 GeV. In a pp environment, this method showed an efficiency of 85%. The shower shape method allows for the identification of direct photons with an efficiency of 90% and the rejection of 65% to 95% of the decay photons in the energy range between 300 GeV to 500 GeV, in a single particle environment. The isolation method is aplied to pp and Pb-Pb environments, and it can reach high efficiency values in detecting direct photons, but the method is limited by the high background of decay photons, and the purity of the cuts is not better than about 10%. Currently, the performance of these methods is being studied in a more recent version of FoCal proposed design, that includes a hadronic calorimeter just after the eletromagnetic calorimeter and covers a pseudo-rapidity region of 4 < η < 5.

É consenso entre autores da área de ensino de física que a aprendizagem científica pode ser mais bem compreendida se for contextualizada pelos seus processos de produção do conhecimento. Nesse trabalho, se discute como essas aquisições ultrapassam a ideia de ajudar os estudantes a compreender sobre física, mas como um elemento para aquisição de capital cultural. Aqui, reconhece-se o capital cultural científico enquanto componente que pode ser tratado como valorativo do saber nas trocas simbólicas do contexto social. Por tal motivo, apresenta-se uma reflexão provinda da prática que se utilizará do pensamento sociológico para conduzir ao entendimento de que a divulgação científica pode ser um instrumento que vai para além do reconhecer a ciência, seus saberes ou a atualização desses saberes no contexto das salas de aula. Buscar-se-á defender que ela pode ser reconhecida como um elemento de aquisição das mudanças de interações sociais, dando a aqueles que a detém um valor cultural para as lutas nos campos sociais.

Proceedings: http://www.sbf1.sbfisica.org.br/eventos/snef/xxii/sys/resumos/T1076-1.pdf

Os quarks charm são criados nos estágios iniciais de colisões de íons pesados em processos de espalhamento duro. Portanto, são sondas ideais do Plasma de Quarks e Glúons (QGP), que é um estado da matéria onde as partes contidas nos hádrons, a altas temperaturas (150 MeV) ou densidade (cerca de cinco vezes a densidade da matéria comum), mudam para um estado desconfinado de quarks e glúons. A fragmentação dos quarks charm pode produzir mésons D. Jatos contendo um méson D como um de seus constituintes podem ser identificados como originários de fragmentação pesada. Estes jatos são uma ferramenta valiosa para caracterizar a interação do quark charm com o QGP. Os jatos de quarks charm podem fornecer informações para o estudo da perda de energia dependente da massa através da medição da modificação do rendimento do jato em colisões Pb-Pb em relação às colisões pp em função do momento transversal do jato. Além disso, é possível obter mais informações com a medição da distribuição do momento - fração, que é de particular interesse para investigar a possível influência do meio na fragmentação do jato de quarks charm. Os mésons D são reconstruídos através de uma análise de massa invariante dos seus canais de decaimento hadrônico, rejeitando o grande fundo combinatório com seleções topológicas explorando a vida útil relativamente grande dos mésons D e as capacidades de identificação de partículas do detector ALICE. Os jatos são reconstruídos com o algoritmo anti-kT usando candidatos da mésons D e trajetórias carregadas. A medição do espectro de momento transversal dos jatos contendo mésons D em colisões Pb-Pb em √sNN = 5.02 TeV será apresentada. Estes resultados levam a novas possibilidades de sondagem das propriedades QGP quando comparadas com as medições de linha de base. Além disso, os métodos desenvolvidos podem ser empregados no estudo das funções de fragmentação do quark charm em colisões com íons pesados.

Abstract: Charm quarks are created in the early stages of heavy-ion collisions in hard-scattering processes. Therefore, they are ideal probes of the Quark-Gluon Plasma (QGP), which is a state of matter where partons contained in hadrons, at high temperatures (150 MeV) or density (about five times the density of ordinary matter), change to a deconfined state of quarks and gluons. The fragmentation of charm quarks can produce D mesons. Jets containing a D meson as one of their constituents can be identified as originating from heavy-quark fragmentation. These jets are a valuable tool to characterize the charm interaction with the QGP. Charmed jets can provide information to the study the mass-dependent energy loss by the measurement of the modification of the charm-jet yield in Pb-Pb collisions with respect to pp collisions as a function of the jet transverse momentum. Moreover, a further insight can be obtained with the measurement of the momentum-fraction distribution, which is of particular interest to investigate the possible influence of the medium in the charm-jet fragmentation. D mesons are reconstructed through an invariant mass analysis of their hadronic decay channels, rejecting the large combinatorial background with topological selections exploiting the relatively large lifetime of D mesons and the particle identification capabilities of the ALICE detector. Jets are reconstructed with the anti-kT algorithm using D-meson candidates and charged tracks. The measurement of the transverse momentum spectrum of jets containing D mesons in Pb-Pb collisions at √sNN = 5.02 TeV will be presented. These results lead to new possibilities of probing the QGP properties when compared to baseline measurements. Furthermore, the methods developed can be employed in the study of charm-quark fragmentation functions in heavy-ion collisions.

Proceedings: http://inspirehep.net/record/1762297

As medidas de produção de sabores pesados (charm e beauty) em colisões de íons pesados de alta energia permitem-nos estudar o Plasma de Quarks e Glúons (QGP). O QGP é um estado de alta densidade energética da matéria fortemente interativa em que pártons são desconfinados. Devido às suas grandes massas, os quarks pesados são produzidos nas fases iniciais da colisão e experimentam toda a evolução do sistema. A colaboração ALICE mediu os elétrons de decaimentos de hádrons de sabores pesados em colisões Pb-Pb a √sNN = 2,76 TeV em meados da rapidez. Uma forte supressão do rendimento de elétrons de decaimento de sabor pesado no intervalo de momento transversal 3 < pT < 18 GeV/c é observada em 0-10 % das colisões mais centrais, quando comparada com medições de colisões pp em escala binária. As medições de elétrons de decaimento de sabor pesado na mesma faixa pT em colisões p-Pb são cruciais para separar os efeitos da matéria nuclear fria dos efeitos da matéria nuclear quente em colisões Pb-Pb. A produção de elétrons a partir de decaimentos de hádrons de sabores pesados foi medida com o ALICE em colisões p-Pb com polarização mínima a √sNN = 5.02 TeV no intervalo 0.5 < pT < 12 GeV/c. O Calorímetro Eletromagnético (EMCal) juntamente com a Câmara de Projeção de Tempo (TPC) são usados para identificar elétrons em pT elevado. Além disso, durante a execução do p-Pb, o EMCal forneceu um gatilho para sondas duras, tais como elétrons e fótons de alto pT. Isto permite medir elétrons até um pT de cerca de 18 GeV/c. Vamos apresentar a medição de elétrons de decaimento de sabor pesado em colisões p-Pb de polarização mínima a 5,02 TeV usando o TPC e EMCal e mostrar alguns resultados dos dados desencadeados do EMCal.

Abstract: Measurements of heavy-flavour (charm and beauty) production in high-energy heavy-ion collisions allows us to study the Quark-Gluon Plasma (QGP). The QGP is a high energydensity state of strongly-interacting matter in which partons are deconfined. Due to their large masses, heavy quarks are produced in the early stages of the collision and experience 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 in the transverse momentum interval 3 < pT < 18 GeV/c is observed in the 0-10 % most central collisions, when compared to binary-scaled pp measurements. Measurements of heavy-flavour decay electrons in the same pT range in p–Pb collisions are crucial to disentangle cold nuclear matter effects from hot nuclear matter effects in Pb–Pb collisions. The production of electrons from heavy-flavour hadron decays has been measured with ALICE in minimum-bias p–Pb collisions at √ sNN=5.02 TeV in the interval 0.5 < pT < 12 GeV/c. The ElectroMagnetic Calorimeter (EMCal) together with the Time Projection Chamber (TPC) are used to identify electrons at high pT. In addition, during the p–Pb run the EMCal provided a trigger for hard probes such as high-pT electrons and photons. This allows to measure electrons up to a pT of about 18 GeV/c. We will present the heavy-flavour decay electron measurement in minimum-bias p–Pb collisions at 5.02 TeV using the TPC and EMCal and show some results from the EMCal triggered data.

A produção de quarks pesados (charm e beauty) é um processo calculável em QCD perturbativa. As medições de sabores pesados fornecem testes valiosos de modelos baseados na QCD. Além disso, uma vez que são produzidos nos estágios iniciais de colisões de íons pesados ultra-relativísticos, os quarks pesados são uma sonda ideal para estudar as propriedades do Plasma de Quarks e Glúons. Finalmente, devido a alta energia de colisão, os quarks charm são produzidos abundantemente no LHC. Os mésons D podem ser usados para identificar jatos contendo quarks charm. A comparação da distribuição da fração de momento do jato transportada pelos mésons D em colisões Pb-Pb e pp é uma chave observável para detectar possíveis modificações das propriedades do jato de quraks charm induzidas pela presença do meio. Nesta contribuição, relatamos as perspectivas para a medição de mésons D em jatos em colisões pp e Pb-Pb usando o detector ALICE que foram estudadas através de simulações Monte Carlo. Estes estudos mostram a capacidade única da experiência ALICE de medir mésons D carregando uma pequena fração do impulso do jato.

Abstract: The production of heavy quarks (charm and beauty) is a process calculable in perturbative QCD. Heavy-flavour measurements provide valuable tests of QCD based models. Furthermore, since they are produced in the early stages of ultra-relativistic heavy-ion collisions, heavy quarks are an ideal probe to study the properties of the Quark-Gluon Plasma. Finally, due to the high collision energy, charm quarks are produced abundantly at the LHC. D mesons can be used to identify jets containing charm quarks. The comparison of the distribution of the jet momentum fraction carried by D mesons in Pb–Pb and pp collisions is a key observable to spot possible modifications of charm-jet properties induced by the presence of the medium. In this contribution, we report on the prospects for the measurement of D mesons in jets in pp and Pb-Pb collisions using the ALICE detector which have been studied through Monte Carlo simulations. These studies show the unique capability of the ALICE experiment to measure D mesons carrying a small fraction of jet momentum.

Os Thick Gas Electron Multipliers (THGEMs) são baseados na microestrutura GEM, com espessura, passo e diâmetro do furo ampliados por um fator 10. O substrato é uma placa FR4 ou G10 de cobre comum revestida de 0,5 mm de espessura para circuitos impressos, com furos mecânicos de 0,5 mm de diâmetro com campos de 1 mm. Apesar de contar com um processo tecnológico muito mais simples para ser fabricado, é necessária uma precisão de poucos micrômetros na posição e forma dos furos para obter ganhos e estabilidade similares ou próximos ao GEM padrão. Os THGEMs são mais robustos às descargas elétricas quando comparados com os GEMs padrão, dando uma vantagem nos casos em que o detector deve operar com um ganho maior. A disponibilidade de detectores MPGD para P&D em laboratórios sem infraestrutura de produção é um problema real e representa um grande desafio no desenvolvimento de novas ideias. Neste trabalho é descrito o desenvolvimento da produção independente de THGEMs e é mostrada a caracterização dos primeiros protótipos de trabalho. Serão apresentadas curvas de ganho máximo para estágios simples e duplos, resolução de energia, eficiência de coleta e extração em função do campo do furo e desempenho em função do tempo, introduzindo uma nova solução para o fornecimento de THGEMs à comunidade MPGD.

Abstract: Thick Gas Electron Multipliers (THGEMs) are based on the GEM microstructure, with thickness, pitch and hole diameter enlarged by a factor 10. The substrate is a common copper clad 0.5 mm thick FR4 or G10 board for printed circuits, with 0.5mm diameter holes mechanically drilled at a pitch of 1mm. Although it relies on a much simpler technological process to be fabricated, a precision of few micrometers in the position and shape of the holes is required to achieve gains and stability similar or close to the standard GEM. THGEMs are more robust to electrical discharges when compared to the standard GEMs giving an advantage in cases where the detector must operate at a higher gain. The availability of MPGD detectors for R&D in laboratories without production infrastructure is a real problem and poses a great challenge when developing new ideas. In this work, the development of independent production of THGEMs is described and the characterization of the first working prototypes is shown. Maximum gain curves for single and double stages, energy resolution, collection and extraction efficiencies as a function of the hole pitch and performance as a function of time will be presented, introducing a new solution for supplying THGEMs to the MPGD community.