1 heavy flavour ad lhc federico antinori infn padova - italy

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Heavy Flavour ad LHCHeavy Flavour ad LHC

Federico AntinoriFederico AntinoriINFN Padova - ItalyINFN Padova - Italy

Federico Antinori - Vietri - 1º giugno 2006Federico Antinori - Vietri - 1º giugno 2006 22

ContenutoContenuto

Condizioni sperimentali a LHCCondizioni sperimentali a LHC

Alcune prospettive sulla fisica degli Heavy FlavourAlcune prospettive sulla fisica degli Heavy Flavour

Commissioning p-pCommissioning p-p

ConclusioniConclusioni


LHCLHC

Condizioni sperimentali: Condizioni sperimentali:

+ altri sistemi [pA, ioni leggeri (Sn, Kr, Ar, O)] + altri sistemi [pA, ioni leggeri (Sn, Kr, Ar, O)] ed energie [pp @ 5.5 TeV] ed energie [pp @ 5.5 TeV]

Collision Collision systemsystem

PbPbPbPb

pppp

<L>/L<L>/L00

(%)(%)

101077

Run timeRun time

(s/year)(s/year)

geomgeom

(b)(b)

LL00

(cm(cm-2-2ss-1-1))

√√ssNNNN

(TeV)(TeV)

0.070.07101034 34 ** 14.014.0

70-5070-50 10106 6 **** 7.77.7101027275.55.5

*Lmax (ALICE) = 1031 ** Lint (ALICE) ~ 0.7 nb-1/year


Dall’SPS a RHIC ad LHCDall’SPS a RHIC ad LHC

<0.2<0.2~0.5~0.5~1~10 0 (fm/c)(fm/c)

44––10101.51.5––4.04.0<1<1QGP QGP (fm/c)(fm/c)

2x102x10447x107x1033101033VVff(fm(fm33))

1515––404044––552.52.5 (GeV/fm(GeV/fm33))

22––8 x108 x1033850850500500dNdNchch/dy/dy

550055002002001717ss1/21/2(GeV) (GeV)

LHCLHCRHICRHICSPSSPSCentral collisionsCentral collisions

predizionipredizioni per LHC: per LHC:


LHC è una fabbrica di Heavy LHC è una fabbrica di Heavy Flavour!Flavour!

YieldYield cc cc e e bbbb ALICE PPR (NTLO + shadowing)ALICE PPR (NTLO + shadowing)

115 115 // 4.64.60.65 0.65 // 0.850.856.6 6.6 // 0.20.2Pb-Pb 5.5 TeV (5% cent)Pb-Pb 5.5 TeV (5% cent)

0.160.16 // 0.0070.00711 // 1111.211.2 // 0.50.5 pp 14 TeVpp 14 TeV

shadowingshadowingsystemsystem NN x-sect (mb)NN x-sect (mb) total multiplicitytotal multiplicity

PbPbpp

PbPbpp

cc bbPbPb/pp PbPb/pp


Charm & beauty: sonde idealiCharm & beauty: sonde ideali

calcolabili in pQCD; misura di “calibrazione” in ppcalcolabili in pQCD; misura di “calibrazione” in pp base abbastanza solidabase abbastanza solida

caveat: modifica degli effetti di stato iniziale da pp a AAcaveat: modifica degli effetti di stato iniziale da pp a AA shadowing ~ 30 %shadowing ~ 30 % saturazione?saturazione?

riferimento pA fondamentaleriferimento pA fondamentale!!

prodotti essenzialmente nell’impatto inizialeprodotti essenzialmente nell’impatto iniziale sonde della fase ad alta densitàsonde della fase ad alta densità

non ci si attende produzione addizionale non ci si attende produzione addizionale all’adronizzazioneall’adronizzazione ad es., nel modello di Lund, u : d : s : c ad es., nel modello di Lund, u : d : s : c 1 : 1 : 0.3 : 10 1 : 1 : 0.3 : 10-11-11

sonde della frammentazione sonde della frammentazione ad es.: frammentazione indipendente di stringa <-> ricombinazionead es.: frammentazione indipendente di stringa <-> ricombinazione


Sonde del mezzoSonde del mezzo

quenching in funzione della carica di colorequenching in funzione della carica di colore gli heavy flavour provengono da jet di quark (Cgli heavy flavour provengono da jet di quark (CRR = 4/3) = 4/3) i flavour leggeri, da un mix (dipendente dal pi flavour leggeri, da un mix (dipendente dal pTT) di jet di quark ) di jet di quark

e gluoni (Ce gluoni (CRR = 3) = 3)

quenching in funzione della massaquenching in funzione della massa perdita di energia minore per gli heavy flavour?perdita di energia minore per gli heavy flavour?

gluonstrahlung: dead-cone effectgluonstrahlung: dead-cone effect beauty vs charmbeauty vs charm

la misura della produzione di heavy flavour è un cross-la misura della produzione di heavy flavour è un cross-check fondamentale dello scenario di quenching che check fondamentale dello scenario di quenching che sta emergendo da RHICsta emergendo da RHIC

ad LHC: alta statistica, jet ben sviluppatiad LHC: alta statistica, jet ben sviluppati

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Elettroni “non fotonici” a RHICElettroni “non fotonici” a RHIC Spettri di elettroni identificatiSpettri di elettroni identificati

STAR: dE/dx nella TPC (+ tagli di tempo di volo a basso pSTAR: dE/dx nella TPC (+ tagli di tempo di volo a basso pTT)) PHENIX: RICH + E/p (E dal calorimetro EM)PHENIX: RICH + E/p (E dal calorimetro EM)

Reiezione di elettroni non charmReiezione di elettroni non charm Sorgente principale: elettroni “fotonici”Sorgente principale: elettroni “fotonici”

conversioniconversioni e e++ee--

decadimenti Dalitz decadimenti Dalitz 00 e e++ee-- decadimenti Dalitz decadimenti Dalitz e e++ee--

STAR:STAR: rigettati tramite un’analisi di massa inv. di tutte le combinazioni rigettati tramite un’analisi di massa inv. di tutte le combinazioni

ee++ee--

PHENIX:PHENIX: i) stimati con una simulazione e sottrattii) stimati con una simulazione e sottratti ii) misurati con il metodo del convertitore e sottrattiii) misurati con il metodo del convertitore e sottratti

Altre sorgenti:Altre sorgenti: decadimentidecadimenti,,,,, K, K

stimati e sottratti (sia in STAR che in PHENIX)stimati e sottratti (sia in STAR che in PHENIX)

(“conversioni interne”)(“conversioni interne”)

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Soppressione a RHICSoppressione a RHIC

eppure oltre a peppure oltre a pTT medio-alti medio-alti il beauty dovrebbe il beauty dovrebbe dominaredominare

[Xin Dong@QM05]

elettroni “non fotonici” ~ soppressi elettroni “non fotonici” ~ soppressi come ci si attenderebbe da solo c, come ci si attenderebbe da solo c, senza contributo bsenza contributo b

scaled to

M. Cacciari et al., hep-ph/0502203

[J.Bielcik @QM05] separazione c/b indispensabile!separazione c/b indispensabile!

ad es.: ricostruzione completa di vertici decadimento ad es.: ricostruzione completa di vertici decadimento DD


Ricostruzione completa decadimento DRicostruzione completa decadimento D

risoluzione in parametro risoluzione in parametro d’impatto (dd’impatto (d00))

ALICE (ITS)ALICE (ITS)


DD00 K K--++

prestazione attesa in ALICE prestazione attesa in ALICE S/B ≈ 10 %S/B ≈ 10 % S/S/(S+B) ≈ 40 (S+B) ≈ 40

(1 mese di run Pb-Pb)(1 mese di run Pb-Pb)

statistical.

systematic.

ppTT - differenziale - differenziale

prestazione simile in ppprestazione simile in pp (vertice primario peggiore)(vertice primario peggiore)


RRAAAA(D) in ALICE(D) in ALICE

Basso pT (< 6–7 GeV/c)Nuclear shadowing Alto pT (6–15 GeV/c)

prestazione attesa (1 mese Pb-Pb, 9 mesi p-p)prestazione attesa (1 mese Pb-Pb, 9 mesi p-p)


DDss++

DDss++

sonda dell’adronizzazione?sonda dell’adronizzazione? dalla frammentazione di stringa: cs / cd ~ 1/3dalla frammentazione di stringa: cs / cd ~ 1/3

dopo i decadimenti: Ddopo i decadimenti: Dss++ (cs) / D (cs) / D++ (cd) ~ 0.6 (cd) ~ 0.6

dalla ricombinazione: cs / cd ~ N(s) / N(d)dalla ricombinazione: cs / cd ~ N(s) / N(d) quanto grande ad LHC?quanto grande ad LHC?

accessibile sperimentalmente?accessibile sperimentalmente? DD++ (c (c ~ 310 µm) ~ 310 µm) K K--++++ con BR ~ 9.2 % con BR ~ 9.2 %

in Alice: prestazione simile al Din Alice: prestazione simile al D00 K K--+ + (?)(?) DDss

++ (c (c ~ 150 µm) ~ 150 µm) K K--KK++++ con BR ~ 4.4 % con BR ~ 4.4 % ma si tratta perlopiù di decadimenti risonanti: ma si tratta perlopiù di decadimenti risonanti: ++ o K o K00

**KK++ (non-risonante (non-risonante 20 %)20 %)

migliore reiezione del fondo? (for Dmigliore reiezione del fondo? (for D++ K K--++++, non-risonante ~ 96 %), non-risonante ~ 96 %) ci sono buone speranze (specialmente se Dci sono buone speranze (specialmente se Dss

++/D/D++ è grande!) è grande!)

in questo contesto, il vin questo contesto, il v22 del D del Dss sarebbe particolarmente sarebbe particolarmente interessante!interessante!


Ricostruzione decadimenti in ATLAS e Ricostruzione decadimenti in ATLAS e CMS?CMS?

Lo studio della prestazione fisica in interazioni nucleo-nucleo in Lo studio della prestazione fisica in interazioni nucleo-nucleo in ATLAS e CMS è ad un livello meno avanzato che in ALICE ATLAS e CMS è ad un livello meno avanzato che in ALICE in particolare, studi di prestazione per la ricostruzione di decadimenti in particolare, studi di prestazione per la ricostruzione di decadimenti

di particelle charmate non sono ancora disponibilidi particelle charmate non sono ancora disponibili

Si può comunque dare un’occhiata ai parametri base di Si può comunque dare un’occhiata ai parametri base di performance...performance...


ALICE, ATLAS, CMSALICE, ATLAS, CMS

Importanti differenze nel tracking in ATLAS/CMS rispetto ad ALICEImportanti differenze nel tracking in ATLAS/CMS rispetto ad ALICE

ALICEALICE ATLASATLAS CMSCMS

Tracciatore principaleTracciatore principale TPCTPC SilicioSilicio SilicioSilicio

Rivelatore di verticeRivelatore di vertice SìSì SìSì SìSì

Campo magnetico (T)Campo magnetico (T) 0.50.5 22 44

Spessore tracciatore Spessore tracciatore (X/X(X/X00))

7%7% 30%30% 20%20%

Identificazione di partic.Identificazione di partic. TPC + TPC + ToFToF

NoNo NoNo


Efficienza di tracciamento (e false)Efficienza di tracciamento (e false)

CMSCMSCMSATLASATLAS

pT [GeV/c]

ALICEALICE

(dN/dy ~ 3500) (dN/dy ~ 3500)


Risoluzione in impulsoRisoluzione in impulso

ATLASATLAS

CMSCMS

ALICEALICE


Risoluzione in parametro Risoluzione in parametro d’impattod’impatto

Differenza importante (spessore materiale):Differenza importante (spessore materiale):

< 50 µm per p< 50 µm per pTT > 1.3 GeV (ALICE), p > 1.3 GeV (ALICE), pTT > 3 GeV (CMS) > 3 GeV (CMS)

Non ci sono dati per ATLAS HI; ci si può attendere ~ CMSNon ci sono dati per ATLAS HI; ci si può attendere ~ CMS Sensibilità solo al di sopra di qualche GeV in pSensibilità solo al di sopra di qualche GeV in pTT......

Effetto sulle osservabili più “soft”? ad es.: sezione d’urto e vEffetto sulle osservabili più “soft”? ad es.: sezione d’urto e v22

ALICEALICECMSCMS


vv22 per gli heavy flavour per gli heavy flavour

vv22 = anisotropia azimutale = anisotropia azimutale flusso ellittico flusso ellittico

Ad es.: adroni charmati possono sviluppare vAd es.: adroni charmati possono sviluppare v22 per vari motivi: per vari motivi: flusso ellittico “diretto” dei quark cflusso ellittico “diretto” dei quark c perdita di energia dipendente dall’angolo azimutaleperdita di energia dipendente dall’angolo azimutale quark c senza flusso in ricombinazione con matteria con flussoquark c senza flusso in ricombinazione con matteria con flusso ...?...?

in generale, vin generale, v22 0 se il charm è “fortemente accoppiato” con un 0 se il charm è “fortemente accoppiato” con un mezzo azimutalmente asimmetrico...mezzo azimutalmente asimmetrico...


puzzle: a QM`05 risultati diversi da PHENIX e STAR...puzzle: a QM`05 risultati diversi da PHENIX e STAR...

[F.Laue@QM`05]

PHENIX:PHENIX: sottrazione delle conversioni col metodo sottrazione delle conversioni col metodo

del convertitore e con un cocktail del convertitore e con un cocktail simulaatosimulaato

STAR:STAR: reiezione delle conversioni tramite reiezione delle conversioni tramite

combinazioni di massa invariantecombinazioni di massa invariante @ RIKEN-BNL heavy flavour workshop in @ RIKEN-BNL heavy flavour workshop in

dicembre, STAR: “measurement affected dicembre, STAR: “measurement affected by too much photonic background”by too much photonic background”

v2 degli elettroni a RHICv2 degli elettroni a RHIC


domanda:domanda:fino a che punto si può accomodare piccolo vfino a che punto si può accomodare piccolo v22 e forte e forte soppressione?soppressione?

[S.Butsyk@QM`05]

[Xin Dong@QM05]


vv22 del charm ad LHC? del charm ad LHC?

Ricostruzione completa di decadimenti di D ad LHC Ricostruzione completa di decadimenti di D ad LHC misura qualitativamente diversa rispetto agli elettroni “non fotonici”!misura qualitativamente diversa rispetto agli elettroni “non fotonici”! b vs cb vs c migliore correlazione con l’impulso originale del quark pesantemigliore correlazione con l’impulso originale del quark pesante

Prime indicazioni da studi preliminari in ALICE: Prime indicazioni da studi preliminari in ALICE: errore atteso ~ qualche % (verrore atteso ~ qualche % (v2 2 del D)del D)

Prestazione di ATLAS e CMS su segnali più “soft” signals tipo il Prestazione di ATLAS e CMS su segnali più “soft” signals tipo il vv22? non è nota...? non è nota... il campo magnetico si può abbassareil campo magnetico si può abbassare ma lo spessore di materiale resta... (scattering multiplo!)ma lo spessore di materiale resta... (scattering multiplo!)


B B e e±± + X + X Prestazione attesa in ALICE (1 mese Pb-Pb)Prestazione attesa in ALICE (1 mese Pb-Pb)

identificazione eidentificazione e±± da TRD e dE/dx nella TPC da TRD e dE/dx nella TPC parametro d’impatto dall’ITSparametro d’impatto dall’ITS

ATLAS e CMS: matching dai muoni al tracker?ATLAS e CMS: matching dai muoni al tracker?

pt > 2 GeV/c , 200 < |d0| < 600 m80% purity

8 104 e from Bpt > 2 GeV/c , 200 < |d0| < 600 m

80% purity

8 104 e from B

S/(S+B)S/(S+B) S per 10S per 1077 central Pb-Pb events central Pb-Pb events


Ad LHC: “veri”Ad LHC: “veri” jet!jet! 2 GeV 20 GeV 100 GeV 200 GeV

Mini-Jets 100/evento 1/evento 100k/mese

Ben visibili evento per evento! ex.: jet da 100 GeV + underlying event:Ben visibili evento per evento! ex.: jet da 100 GeV + underlying event:

si può pensare ad esempio di studiare il quenching di jet taggati b!si può pensare ad esempio di studiare il quenching di jet taggati b!


b taggingb tagging

Prestazione di ATLAS per la reiezione di jet u (RPrestazione di ATLAS per la reiezione di jet u (Ruu) in Pb-Pb) in Pb-Pb

H H bb, uu con M bb, uu con MHH = 400 GeV = 400 GeV


Away side?Away side?

Fenomeno collettivo in direzione Fenomeno collettivo in direzione opposta al jetopposta al jet ad es.: Mach cone ad es.: Mach cone

[Casalderrey-Solana, et al.: hep-ph/0411315][Casalderrey-Solana, et al.: hep-ph/0411315]

[Stocker: Nucl.Phys. A750 (2005) 121])[Stocker: Nucl.Phys. A750 (2005) 121])

Cosa succede per jet da quark pesanti?Cosa succede per jet da quark pesanti? modifica del Mach cone? modifica del Mach cone? [FA, E Shuryak: J.Phys. G31 (2005) 19][FA, E Shuryak: J.Phys. G31 (2005) 19]


Machine commissioning scenarioMachine commissioning scenario (as envisaged today)(as envisaged today)

T0T0 (= 1st of July 2007 as of today) (= 1st of July 2007 as of today) One monthOne month to get the machine ready for beams ( to get the machine ready for beams (T0 + 1 monthT0 + 1 month)) Three monthsThree months to commission the machine with beams ( to commission the machine with beams (T0 + 4 T0 + 4

monthsmonths)) One monthOne month of rather stable operations, interleaved with machine of rather stable operations, interleaved with machine

development with 43 and 156 bunches, with the possibility of development with 43 and 156 bunches, with the possibility of collisions for physics during nights (~ 20 shifts of 10 hours each L ~ collisions for physics during nights (~ 20 shifts of 10 hours each L ~ 1to 3.5x101to 3.5x103030cmcm–2–2ss–1–1) () (T0 + 5 monthsT0 + 5 months))

Shutdown (Shutdown (T0 + 8 to 9 monthsT0 + 8 to 9 months): today machine people talk about 3 ): today machine people talk about 3 to 4 months. It will depend on requirements by experiments. to 4 months. It will depend on requirements by experiments. If T0 = 1st of July, start of shutdown will coincide with the Christmas If T0 = 1st of July, start of shutdown will coincide with the Christmas holidays!holidays!

July Aug. Sept. Oct. Nov. Dec. Jan. Feb. Mar

Shutdown 3 to 4 months?

Stable beamsPreparation

“first minutes” of data

…First collisions…….

T0 first large data sample

first Pb-Pb collisions in 2008


DD00 in pp in pp

DD00 K K--++

““first large pp sample” ~ 20 shift da 10 ore first large pp sample” ~ 20 shift da 10 ore qualche 10 qualche 1077 eventi eventi


B in ppB in pp B B e + X e + X

identificazione degli e con TRD e TPC, parametro d’impatto dall’ ITSidentificazione degli e con TRD e TPC, parametro d’impatto dall’ ITS

Statistica attesa da qualche 10Statistica attesa da qualche 1077 eventi in Alice eventi in Alice

Carlo Bombonati


ConclusioniConclusioni

Gli heavy flavour promettono di essere uno strumento Gli heavy flavour promettono di essere uno strumento fondamentale per investigare le proprietà del mezzo fondamentale per investigare le proprietà del mezzo fortemente interagente prodotto in interazioni ultra-fortemente interagente prodotto in interazioni ultra-relativistiche nucleo-nucleorelativistiche nucleo-nucleo

Ad LHC produzione abbondanteAd LHC produzione abbondante alta statisticaalta statistica jet ben sviluppatijet ben sviluppati

ALICE è ben equipaggiata per questa fisicaALICE è ben equipaggiata per questa fisica buone capacità anche in ATLAS, CMSbuone capacità anche in ATLAS, CMS ALICE unico esperimento a scendere a pALICE unico esperimento a scendere a pTT ~ 0 ~ 0

effetti di saturazione? potrebbero esserci sorprese...effetti di saturazione? potrebbero esserci sorprese...

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