Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10077/3584
Title: Charm production in proton-proton collisions at the LHC with the ALICE detector
Other Titles: Produzione di charm in collisioni protone-protone al Large Hadron Collider con il rivelatore ALICE
Authors: Rossi, Andrea
Supervisore/Tutore: Fragiacomo, Enrico
Rui, Rinaldo
Issue Date: 12-Mar-2010
Publisher: Università degli studi di Trieste
Abstract: The ALICE experiment at CERN will study the medium formed in very high energy lead-lead collisions at the LHC. According to the Quantum Chromo Dynamics theory of the strong interaction, a phase transition to a state where quarks and gluons are not confined into hadrons (Quark-Gluon Plasma) can occur in these collisions. Heavy quarks (charm and beauty) are produced in hard scattering processes in the first stages of the collisions. While travelling through the medium they can lose energy by means of gluon radiation. This affects the momentum spectra of the hadrons produced in the subsequent hadronization. To study the energy loss mechanism and its dependence on the parton nature (quark/gluon) and mass (light/heavy quark), hadron momentum spectra observed in heavy-ion collisions are compared to the same spectra observed in proton-proton collisions, where the formation of a thermalized medium is not expected. In this thesis, the measurement of charm production in proton-proton collisions via the exclusive reconstruction of the D0 meson (cū) decay in the D0->Kπ channel is presented. An invariant mass analysis of selected pairs of particles with opposite charges is performed, exploiting the high spatial resolution of the Inner Tracking System silicon detector, that assures the tracking precision needed to resolve the D0 decay vertices from the interaction point of the colliding protons (primary vertex). The estimate of the fraction of secondary D0 mesons coming from the decay of B mesons, if based on theoretical calculations, introduces a relevant systematic error. A method to extract this contribution directly from data, via the analysis of the impact parameter distribution, i.e. the distance between the reconstructed meson trajectory and the primary vertex, is presented. The presence of the ITS assures the possibility to highlight the different shape of the impact parameter distribution typical of secondary D0 mesons, influenced by the relative long lifetime of B mesons (cτ~460-490 μm). Due to construction and mounting finite precision, the modules composing the ITS can be displaced from their designed positions by large amounts if compared with the expected spatial resolutions, of the order of tens of micron. This deteriorates the detector performances, in particular the tracking spatial and momentum resolutions. The alignment of the ITS, that is, the a posteriori determination of more than 13000 parameters defining the real position and orientation in space of the modules, is extensively discussed. The results obtained with 2008 cosmic-ray data are presented. The promising alignment status allowed to test the analysis for the D0 reconstruction on proton-proton collision data simulated with realistic detector properties.
L'esperimento ALICE al CERN studierà il mezzo formato in collisioni piombo-piombo ad altissime energie a LHC. Secondo la Cromodinamica Quantistica, teoria che descrive l'interazione forte, in queste collisioni può avvenire una transizione di fase ad uno stato in cui quark e gluoni non siano confinati dentro gli adroni (Quark-Gluon Plasma). I quark pesanti (charm e beauty) vengono prodotti negli istanti iniziali delle collisioni, in processi con alto momento trasferito. Attraversando il mezzo possono perdere energia tramite radiazione di gluone. Per studiare il meccanismo con cui la perdita di energia avviene, in particolare la sua dipendenza dalla natura del partone (quark/gluone) e dalla sua massa (quark leggeri/pesanti), gli spettri in momento degli adroni osservati in collisioni tra ioni pesanti vengono confrontati con gli stessi spettri osservati in collisioni protone-protone, dove non ci si aspetta la formazione di un mezzo termalizzato. In questa tesi è presentata la misura della produzione di charm in collisioni protone-protone tramite la ricostruzione esclusiva del decadimento del mesone D0 (cū) nel canale D0->Kπ. A questo scopo viene effettuata un'analisi in massa invariante di coppie di tracce con carica opposta opportunamente selezionate, sfruttando l'elevata precisione spaziale dell'Inner Tracking System, rivelatore al silicio che assicura la precisione di tracciamento necessaria per risolvere i vertici di decadimento dei mesoni D0 dal punto di interazione dei protoni dei fasci (vertice primario). La stima della frazione di D0 secondari, provenienti dal decadimento di un mesone B, introduce un errore sistematico consistente, se basata su calcoli teorici. Viene presentato un metodo per valutare questo contributo direttamente dai dati, tramite l'analisi della distribuzione del parametro d'impatto, cioè la distanza tra la traiettoria ricostruita del mesone e il vertice primario. La presenza dell'ITS assicura la possibilità di evidenziare la diversa forma della distribuzione in parametro d'impatto tipica dei D0 secondari, influenzata dalla vita media relativamente lunga dei mesoni B (cτ~460-490 μm). A causa della precisione finita nelle operazioni di costruzione e montaggio, la posizione e l'orientazione dei moduli che compongono l'ITS possono differire da quelle di progetto. Se paragonate alle risoluzioni spaziali attese, dell'ordine di decine di micron, le differenze possono essere notevoli. Questo degrada le prestazioni del rivelatore, soprattutto le risoluzioni spaziale e in momento del tracciamento. L'allineamento dell'ITS, ovvero la determinazione a-posteriori dei più di 13000 parametri necessari per definire le reali posizioni e orientazioni dei moduli viene discussa in dettaglio nella tesi e vengono presentati i risultati ottenuti utilizzando i dati da raggi cosmici raccolti nel 2008. Il promettente stato dell'allineamento ha permesso di testare l'analisi per la ricostruzione del mesone D0 su dati da simulazioni di collisioni protone-protone in cui le proprietà del rivelatore fossero descritte realisticamente.
Ciclo di dottorato: XXII Ciclo
metadata.dc.subject.classification: SCUOLA DI DOTTORATO DI RICERCA IN FISICA
Description: 2008/2009
Keywords: LHC
ALICE
charm
alignment
Inner Tracking System
heavy ion
proton proton
beauty
B feed down
cosmic
Quark Gluon Plasma
Language: en
Type: Doctoral Thesis
Settore scientifico-disciplinare: FIS/04 FISICA NUCLEARE E SUBNUCLEARE
NBN: urn:nbn:it:units-8823
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