Erweiterte Suche

Measurement of semi-electronic beauty hadron decays via their impact parameter in pp collisions in ALICE

Messungen der Produktion von Beauty-Hadronen in pp-Kollisionen mit ALICE überprüfen Vorhersagen der perturbativen Quantenchromodynamik (pQCD) und sind wichtige Referenzen für Messungen in hochenergetischen Pb-Pb-Kollisionen, in denen ein Quark-Gluon-Plasma (QGP) entsteht. Aufgrund ihrer großen Masse dienen b-Quarks als Sonden zur Erforschung der Massenabhängigkeit des Energieverlusts von Teilchen im QGP. Die Messung von Elektronen aus Beauty-Hadronen-Zerfällen bei mittlerer Rapidität wird für pp-Kollisionen bei Schwerpunktsenergien von 2.76 TeV und 7 TeV beschrieben. Elektronen werden durch Time Projection Chamber und Time-Of-Flight-Detektor identifiziert. Eine Verstärkung des Signals aus Beauty-Zerfällen wird durch Auswahl von Spuren mit großem Stoßparameter zum Primärvertex erreicht. Der verbliebene Elektronenuntergrund wird anhand von Simulationen und vorliegenden Messungen ermittelt. Die gemessenen Transversalimpuls-Spektren von Elektronen aus Zerfällen von Beauty-Hadronen werden mit pQCD-Berechnungen verglichen.

Titel: Measurement of semi-electronic beauty hadron decays via their impact parameter in pp collisions in ALICE
Weitere Titel Measurement of semi-electronic beauty-hadron decays via their impact parameter in pp collisions in ALICE
Verfasser: Heide, Markus GND
Gutachter: Wessels, Johannes Peter
Organisation: FB 11: Physik
Dokumenttyp: Dissertation/Habilitation
Medientyp: Text
Erscheinungsdatum: 2014
Publikation in MIAMI: 31.07.2014
Datum der letzten Änderung: 01.08.2014
Schlagwörter: Beauty; Zerfall; Elektronen; Stoßparameter; Messung; pp-Kollisionen; semi-elektronisch
Fachgebiete: Physik
Sprache: Englisch
Format: PDF-Dokument
URN: urn:nbn:de:hbz:6-22359465232
Permalink: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:6-22359465232
Onlinezugriff:
Inhalt:
1 Introduction 4
2 Quantum Chromodynamics 6
2.1 Confinement and Asymptotic Freedom . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2 Beauty Production and Perturbative Quantum Chromodynamics . . . 8
2.2.1 Open Heavy Flavour Production Cross Section in pp and pp¯
Collisions: Preceding Measurements . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.3 Heavy-Ion Collisions and the Quark-Gluon Plasma . . . . . . . . . . 15
2.3.1 Space-Time Dynamics of Heavy-Ion Collisions . . . . . . . . . 18
2.3.2 Signatures of the Quark-Gluon Plasma . . . . . . . . . . . . . 20
2.4 Beauty Quarks as a Probe for the Quark-Gluon Plasma . . . . . . . . 22
2.4.1 Energy Loss in the Quark-Gluon Plasma . . . . . . . . . . . . 23
2.4.2 The Nuclear Modification Factor RAA . . . . . . . . . . . . . . 25
2.4.3 Cold Nuclear Matter Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.4.4 Heavy-Quark Energy Loss in a Quark-Gluon Plasma: Conclusions
from Previous Results and Open Questions . . . . . . . . 27
3 The LHC and ALICE 30
3.1 The Large Hadron Collider . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.2 ALICE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.2.1 The Central Barrel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.2.2 The Muon Spectrometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.2.3 Forward Rapidity Detectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4 Analysis 38
4.1 Analysis Strategy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4.2 The ALICE Analysis Framework . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.3 Track Reconstruction in ALICE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.4 Data Set and Event Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.4.1 pp Collisions at √s = 7 TeV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.4.2 pp Collisions at √s = 2.76 TeV . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.5 Track Reconstruction and Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4.6 The Impact Parameter Requirement . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.6.1 Run-by-Run Check of Impact Parameter Distributions . . . . 54
4.6.2 Dependence of the Impact Parameter Selection on the
Pseudorapidity η . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.7 Electron Identification via TPC and TOF . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.7.1 pp Collisions at √s = 7 TeV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.7.2 pp Collisions at √s = 2.76 TeV . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.8 Electron Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.8.1 Background from Light-Meson Decays . . . . . . . . . . . . . 71
4.8.2 Background from Charm-Hadron Decays . . . . . . . . . . . . 79
4.8.3 Background Subtraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
4.9 Corrections and Normalization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
4.10 Systematic Uncertainties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
5 The Production Cross Section of Electrons from Beauty-Hadron De-
cays 99
5.1 pT-Differential Cross Section at √s = 7 TeV . . . . . . . . . . . . . . 99
5.2 pT-Differential Cross Section at √s = 2.76 TeV . . . . . . . . . . . . 102
5.3 The Total Production Cross Section of Beauty Quarks and Beauty-
Hadron Decay Electrons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
5.4 The Total Production Cross Section of Charm Quarks and Charm-
Hadron Decay Electrons at √s = 7 TeV . . . . . . . . . . . . . . . . 111
5.5 Weighted Average of the Total Beauty Cross Section Measurements
at √s = 7 TeV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
5.6 Energy Dependence of the Total Beauty Cross Section . . . . . . . . 113
5.7 Additional Measurements of the Hb → e Cross Section in ALICE . . . 114
6 Outlook: Electron Background from Light-Meson Decays and Photon
Conversions in the Measurement of Electrons from Beauty-Hadron
Decays in Pb-Pb Collisions at √sNN = 2.76 TeV 117
Summary 126
Zusammenfassung 128
A The ALICE Global Coordinate System 130
B Kinematic Variables 132
C Run Numbering for Impact Parameter Quality Assurance 134
D Electron Background: Decay Channels 137
E Parameterized and Simulated Light-Meson Spectra for the Calculation
of Background Weights 139
F Differential Production Cross Section of Electrons from Beauty-Hadron
Decays 142
F.1 pp Collisions at √s = 7 TeV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
F.2 pp Collisions at √s = 2.76 TeV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143