Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10077/8582
Title: Produzione di ipernuclei leggeri in collisioni Pb-Pb con l'esperimento ALICE a LHC
Other Titles: Light hypernuclei production in Pb-Pb collisions with ALICE at LHC
Authors: Lea, Ramona
Keywords: Collisioni ioni pesanti, ALICE, Hypertriton, Helium3
Issue Date: 11-Apr-2013
Publisher: Università degli studi di Trieste
Abstract: The subject of the present PhD thesis is the study of the production of light hypernuclei in ultra-relativistic Pb-Pb collisions with ALICE (A Large Ion Collider Experiment), one of the four major experiments at the LHC (Large Hadron Collider). The main physics goal of the ALICE experiment is the investigation of the properties of the strongly interacting matter at high energy density ($>$ 10 GeV/fm$^3$) and high temperature ($\approx$ 0.2 GeV) conditions. According to the lattice Quantum Chromo Dynamics (QCD) calculations, under these conditions (i.e. high temperature and large energy density) hadronic matter undergoes a phase transition to a ``plasma'' of deconfined quarks and gluons (Quark Gluon Plasma, QGP). In the first chapter of the thesis a general introduction to the heavy-ion physics will be given. Then the main quantities related to QGP formation (i.e. \textit{probes}) will be described. Finally the most important results obtained at SPS, RHIC and LHC experiments will be shown and discussed. In the second chapter a short description of the LHC and its experimental conditions will be reported and an overview of the ALICE experiment will be given. A description of the different detectors and their performances during data taking will be described; in addition a description of the computing framework will be given. The third chapter will be devoted to an introduction of the (anti)(hyper)nuclei production in heavy-ion collisions. The two main approaches which are believed to govern nuclei production (i.e. coalescence and thermal models) will be described, and an overview on the results at different energies will be shown. A comparison of the theoretical results will be also shown, with particular regards to the energies at the LHC. The fourth chapter is devoted to the description of the analysis method used to get (anti)hypertriton production yield in \PbPb~collisions at $\sqrt{s_{\rm{NN}}}$ = 2.76~TeV with the ALICE experiment via its mesonic decay \hyp~$\rightarrow$ \he + \pim (\antihyp $\rightarrow$ \antihe + \pip). In the beginning of the chapter the analysis technique used for particle identification and for the determination of secondary vertices will be described. The analysis will be divided into two distinct parts: the first one based on the data sample collected by the ALICE experiment during the first LHC heavy-ion run held at the end of 2010, while the second one based on data collected at the end of 2011. A detailed description of the study on efficiency evaluation and signal extraction will be shown for both analysis, together with a study of the systematic uncertainties. The results on the production yield of (anti)hypertriton will also be shown. The estimation of the hypertriton lifetime will be provided in the final section of the chapter.\\ In the fifth chapter the method used to obtain the \pt~spectrum of \he~will be presented. The raw spectra, the efficiency evaluation, systematic errors and feed-down from \hyp~will be presented. The final spectrum will be used to evaluate the production yield of \he(\antihe) in the whole \pt~region, from 0 to $\infty$. \\ Finally, in the last chapter, the present experimental results will be compared with published relevant results and with the most recent theoretical findings. Moreover, the measurement of the ``Strangeness Population Factor'' [S$_{3}$= \hyp/\he/($\Lambda$/p)] at the LHC energies will be provided. This quantity is a valuable tool to probe the nature of dense matter created in high-energy heavy-ion collisions and to validate theoretical models.
-------------------------------------------------------------------------------------------------- Questa tesi è dedicata allo studio della produzione di ipernuclei leggeri in collisioni ultra-relativistiche di ioni piombo (Pb) con l'esperimento ALICE (A Large Ion Collider Experiment), uno dei quattro grandi esperimenti del Large Hadron Collider (LHC) del CERN. Il principale obiettivo scientifico dell'esperimenento ALICE è lo studio delle proprietà della materia in condizioni estreme di energia (> 10 GeV/fm^3) e di temperatura (~ 0.2 GeV) mediante lo studio di collisioni di ioni piombo. Calcoli di Cromo Dinamica Quantistica (QCD) su reticolo prevedono, infatti, che in condizioni di alta temparatura e grande energia la materia adronica subisca un transizione di fase verso un ``plasma'' di quark e gluoni deconfinati (Quark Gluon Plasma, QGP). Nel primo capitolo della tesi verranno descritte in maniera generale la fisica degli ioni pesanti e le grandezze caratterische usate per provare la formazione del QGP (probes). Verranno quindi mostrati e discussi i risultati sperimentali che possono provare l'esistenza di uno stato deconfinato della materia nucleare ottenuti agli esperimenti a SPS, RHIC e LHC. Nel secondo capitolo saranno brevemente presentati il Large Hadron Collider (LHC) e le condizioni sperimentali di lavoro durante i primi tre anni di presa dati; in seguito verrà data un'ampia panoramica dell'esperimento ALICE. Saranno descritti i differenti sotto-rivelatori che formano l'esperimento e verranno inoltre mostrate le loro performance durante l'acquisione dati; inoltre verrà fornita una descrizione del framework di calcolo utilizzato nell'analisi dei dati. Il terzo capitolo sarà dedicato alla descrizione dei maccanismi di produzione di (anti)(iper)nuclei in collisioni di ioni pesanti: verranno descritti i due meccanismi di produzione che si ritiene governino la loro produzione (coalescenza e modello termico) e verrà mostrata una panoramica sui risultati ottenuti a diverse energie. Inotre saranno presentati diversi calcoli teorici, ponendo particolare attenzione ai risultati aspettati all'energia di LHC. Il quarto capitolo contiene la descrizione del metodo di analisi utilizzato per valutare lo yield di pruduzione dell'(anti)ipertritone attraverso il suo canale di decadimento mesonico \hyp~$\rightarrow$ \he + \pim (\antihyp $\rightarrow$ \antihe + \pip) in collisioni \PbPb~con energia nel centro di massa $\sqrt{s_{\rm{NN}}}$ = 2.76~TeV. Inizialmente verrà descritta la tecnica di analisi utilizzata per l'identificazione di particelle e dei vertici secondari, quindi sarà fornita la descrizione dettagliata della tecnica di analisi. L'analisi dei dati è stata siddivisa in due distinte parti: la prima è dedicata alla descrizione della procedura utilizzata per l'analisi dei dati raccolti da ALICE durante la prima acquisizione di collisioni Pb--Pb alla fine del 2010; nella seconda parte, invece, verrà descritta la procedura di analisi dei dati raccolti durante la seconda presa dati nel Dicembre 2011. Verranno quindi descritte in modo dettagliato l'estrazione del segnale, lo studio del fondo combinatoriale e gli errori sistematici. Infine, nella parte finale del capitolo, varrà fornita una stima della vita media dell'ipertritone.\\ Nel quinto capitolo sarà presentato il metodo usato per ottenere lo spettro in pT di (anti-3He)3He. Verranno descritti: la procedura di estrazione del segnale, la stima dell'efficienza in funzione del momento trasverso, la valutazione degli errori sistematici e la procedure usata per sottrarre il feed-down dovuto al decadimento dell'ipertitone. Lo spettro verrà quindi utilizzato per valutare lo yield di produzione di (anti-3He) 3He. Infine, nel sesto e ultimo capitolo, i risultati sperimentali ottenuti verranno confrontati con i risultati teorici discussi nel Capitolo 3.
Description: 2011/2012
URI: http://hdl.handle.net/10077/8582
NBN: urn:nbn:it:units-9987
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