Browsing by Author "Otwinowski, Jacek"
Results Per Page
Sort Options
Item Prompt and non-prompt J/ψ production in Pb–Pb collisions at √sNN = 5.02 TeV with ALICE experiment(The Henryk Niewodniczański Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2023) Sharma, Himanshu; Otwinowski, Jacek; Lökös, Sándor; Grabowska-Bołd, Iwona; Szumlak, Tomasz; Zbroszczyk, HannaProdukcja czarmonium jest powszechnie uważana za znakomity próbnik w badaniu własności gorącej i gęstej materii jądrowej produkowanej w zderzeniach jądrowych przy pomocy Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) i Large Hadron Collider (LHC) w ramach chromodynamiki kwantowej (QCD). Pomiary produkcji J/ψ bezpośrednio w zderzeniach oraz z rozpadów cięższych stanów czarmonium, natychmiastowe J/ψ, pozwalają na porównanie do modeli produkcji J/ψ uwzględniających regenerację, która jest dominującym mechanizmem produkcji J/ψ przy małych pędach poprzecznych (pT) w centralnych zderzeniach ciężkich jonów. Pomiary te mają kluczowe znaczenie w zrozumieniu mechanizmu produkcji J/ψ poprzez regenerację. Pomiar produkcji J/ψ pochodzącej z rozpadów słabych b-hadronów, opóźnione J/ψ, dostarczają informacji o produkcji kwarków pięknych w zderzeniach jądrowych. Takie pomiary są ważne w badaniu zjawiska straty energii kwarków pięknych w materii jądrowej. Eksperyment ALICE ma unikatowe możliwości pomiaru trajektorii cząstek i ich identyfikacji przy niskich pędach w centralnym zakresie pospieszności (|y|<0.9), pozwalające na pomiar J/ψ przy pędach pT ~ 0 oraz separację produkcji natychmiastowych i opóźnionych J/ψ począwszy od pT ~ 1.5 GeV/c w zderzeniach Pb-Pb. Badania przedstawione w tej rozprawie wykorzystują dane ze zderzeń Pb-Pb przy energii w centrum masy na parę nukleonów √(s_NN ) = 5 TeV, zebrane przez kolaborację ALICE podczas LHC Run 2. Analiza polega na rekonstrukcji J/ψ w centralnym obszarze pospieszności w dielektronowym kanale rozpadu. Aby odseparować natychmiastowe od opóźnionych J/ψ, frakcja opóźnionych J/ψ (fB) jest wyznaczona wykorzystując dopasowanie funkcji jednocześnie do masy niezmienniczej i pseudopoprawnego czasu życia J/ψ, w różnych przedziałach pT w zakresie 1.5 < pT < 10 GeV/c. Dodatkowo, analiza jest przeprowadzona w różnych przedziałach centralności zderzeń Pb-Pb: 0-10%, 10-30% i 30-50%. To dopasowanie bazuje na szablonach otrzymanych z symulacji Monte-Carlo i danych eksperymentalnych. Frakcje otrzymane z dopasowania są poprawione na efekty związane z geometrią detektora i wydajnością rekonstrukcji. Frakcje opóźnionych J/ψ w zderzeniach pp wyznaczone są wykorzystując interpolację pomiędzy zmierzonymi wcześniej rozkładami opóźnionych J/ψ w centralnym przedziale pospieszności, w tych samych przedziałach pędowych jak w przypadku zderzeń Pb-Pb. Rozkłady produkowanych natychmiastowych i opóźnionych J/ψ, wyznaczone są poprzez przeskalowanie inkluzywnych rozkładów J/ψ RAA przez stosunek fB w zderzeniach Pb-Pb do fB w zderzeniach pp, w tych samych przedziałach pT i centralności. Błędy systematyczne pomiarów fB w zderzeniach Pb-Pb zostały wyznaczone biorąc pod uwagę wkłady z różnych źródeł i są uwzględnione w rozkładach natychmiastowych i opóźnionych J/ψ. Rozkłady produkcji natychmiastowych i opóźnionych J/ψ w zderzeniach jądrowych są zmodyfikowane w porównaniu do tych z binarnych zderzeń nukleon-nukleon przy tej samej energii zderzeń z powodu różnych efektów jądrowych. Takie modyfikacje można opisać ilościowo poprzez pomiar współczynników modyfikacji jądrowej (RAA). Współczynniki modyfikacji jądrowej dla natychmiastowych i opóźnionych J/ψ są zmierzone w zderzeniach Pb-Pb przy energii √(s_NN ) = 5 TeV w funkcji pT i przedziałach centralności wspomnianych powyżej. Błędy systematyczne wyznaczone dla fB są uwzględnione w zmierzonych rozkładach RAA. Końcowe wyniki są porównane z poprzednimi pomiarami wykonanymi przez eksperyment ALICE przy niższej energii zderzeń √(s_NN ) = 2.76 TeV. Należy zauważyć, że otrzymane nowe wyniki są znacznie dokładniejsze od tych przy niższej energii biorąc pod uwagę ilość przedziałów pędowych i centralności. Otrzymane wyniki są również porównane do podobnych pomiarów przy wysokich pędach wykonanych przez eksperymenty CMS i ATLAS. Prezentowane wyniki uzupełniają te otrzymane przy wysokich pędach rozszerzając zakres pędowy w stronę niskich pT. Wyniki najnowszych obliczeń teoretycznych opisujące produkcję J/ψ z uwzględnieniem różnych efektów w medium dla kwarków powabnych i pięknych w zależności od pT, użyte są do porównania ze zmierzonymi rozkładami i RAA dla natychmiastowych i opóźnionych J/ψ. Rozszerzenie tych badań jest również prezentowane, gdzie plany przyszłych pomiarów eksperymentu ALICE są w skrócie dyskutowane. Charmonium production has been widely recognized as an excellent probe for investigating the properties of hot and dense nuclear matter formed in ultrarelativistic nuclear collisions at the Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) and the Large Hadron Collider (LHC) within the framework of Quantum Chromodynamics (QCD). The measurements of directly produced J/𝜓 and those originated from feed-down of heavy charmonium states, prompt J/𝜓, provide a direct comparison with models that include J/𝜓 production through regeneration, the dominant production mechanism at low transverse momentum (pT) and in central collisions at the LHC. This is crucial to understand the J/𝜓 production via the regeneration mechanism. The measurements of J/𝜓 originating from the weak decay of b-hadrons, non-prompt J/𝜓, provide an estimate of beauty quark production in nuclear collisions. Such measurements are important to investigate the beauty quark energy loss in the nuclear medium. The ALICE experiment has unique tracking and particle identification capabilities down to very low momentum at midrapidity (|y| < 0.9), enabling the J/𝜓 reconstruction down to pT ∼ 0 and separation of prompt and non-prompt J/𝜓 down to pT ∼ 1.5 GeV/c in Pb–Pb collisions. This study utilizes the complete datasets from Pb–Pb collisions at the center of mass energy, √sNN = 5.02 TeV, collected by the ALICE experiment during the LHC Run 2 program. The analysis is performed by reconstructing J/𝜓 meson at midrapidity in the dielectron decay channel. To separate the prompt and non-prompt J/𝜓 contributions, non-prompt J/𝜓 fraction (fB) is extracted by simultaneous unbinned fits on invariant mass and pseudoproper decay length of dielectron candidates in different pT intervals in the range 1.5 < pT < 10 GeV/c. Additionally, the analysis is performed in different centrality intervals, namely, 0-10%, 10–30%, and 30-50%. The fits rely on the templates obtained from Monte-Carlo simulation and data collected in the experiment. The fractions obtained from the fits are corrected for the detector’s acceptance and reconstruction efficiency. Similarly, non-prompt J/𝜓 fractions in pp collisions are obtained by interpolating available non-prompt J/𝜓 measurements at midrapidity in the same pT intervals as in Pb–Pb collisions. The production yields of prompt and non-prompt J/𝜓 are determined by scaling inclusive J/𝜓 RAA by the ratio of fB in Pb–Pb to fB in pp collisions in the same pT and centrality intervals. Systematic uncertainties in fB measurements in Pb–Pb collisions due to possible sources are estimated and propagated to the measurements of yields of prompt and non-prompt J/𝜓. The prompt and non-prompt J/𝜓 production is modified in nuclear collisions in comparison to binary nucleon-nucleon collisions at the same collision energy due to various nuclear effects. Such modifications can be quantified by measurements of nuclear modification factors (RAA). The nuclear modification factors of prompt and non-prompt J/𝜓 are measured as a function of pT in Pb–Pb collisions at √sNN= 5.02 TeV across aforementioned centrality intervals. The systematic uncertainties obtained in the fB measurements are propagated to the measurements of the RAA. The final results are compared with the previous measurements performed by the ALICE experiment at lower collision energy √sNN = 2.76 TeV. Notably, the presented new results are more precise in terms of pT and centrality intervals compared to results at lower collision energy. The results are further compared with similar measurements at high pT by the CMS and ATLAS experiments. The measurements presented in this study complement the existing results obtained at high pT by extending the analysis to lower pT values. The state-of-the-art theoretical model calculations that include several medium effects for charm and beauty quarks depending on pT are adopted to compare with the production yields and RAA of both prompt and non-prompt J/𝜓. An extension to these studies is also presented, where the future plans of the ALICE experiment for such measurements are briefly discussed.Item Study of b-jet production and properties at the LHC(The Henryk Niewodniczański Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2023) Bysiak, Sebastian; Otwinowski, Jacek; Sputowska, Iwona; Bołd, Tomasz; Kalinowski, Artur; Obłąkowska-Mucha, AgnieszkaPomiary produkcji dżetów stanowią fundamentalne narzędzie badawcze w zakresie perturbatywnej chromodynamiki kwantowej (pQCD). Pełnią one również istotną rolę w innych dziedzinach fizyki wysokich energii. Tłumienie dżetów jest prawdopodobnie jednym z najbardziej spektakularnych dowodów na tworzenie się plazmy kwarkowo-gluonowej w ultrarelatywistycznych zderzeniach ciężkich jonów. Współcześnie pojawienie się nowatorskich technik eksperymentalnych, w tym obserwacji wewnętrznej struktury dżetów oraz zastosowania algorytmów uczenia maszynowego, rewolucjonizuje ten obszar badań. Nowe możliwości znakowania dżetów pozwalają na badania porównawcze między dżetami pochodzącymi z różnych partonów. Pomiar wewnętrznej struktury otwiera drzwi do bezpośrednich obserwacji efektów splątanych dotąd w bardziej ogólnych obserwacjach. Doskonałym przykładem jest pomiar efektu martwego stożka dokonany przez eksperyment ALICE. Wyniki przedstawione w tej pracy korzystają z postępów w obu tych obszarach. Pierwsza część opisuje analizę przekroju czynnego na produkcję dżetów pięknych, zmierzonego w zderzeniach pp przy √s = 5.02 TeV przez eksperyment ALICE na LHC. Jest to pierwsze zastosowanie uczenia maszynowego do pomiarów dżetów ciężkich kwarków w eksperymencie ALICE. Nowa metoda znacząco poprawia wydajność i czystość znakowania oraz wykazuje stabilność w szerokim zakresie tych parametrów. Wyniki są zgodne z przewidywaniami pQCD w przybliżeniu NLO oraz wynikami ALICE uzyskanymi innymi metodami. Druga część przedstawia badania symulacyjne efektu martwego stożka w pomiarach dżetów pięknych w zderzeniach ciężkich jonów. Badanie to skupia się na eliminacji zaburzeń wprowadzonych przez nieskorelowane tło. Połączenie re-klasteryzacji dżetów i technik ich oczyszczania pozwala na przywrócenie ilościowych właściwości dżetów związanych z efektem martwego stożka. Ponadto, praca zwraca uwagę na pewne nieoczywiste, potencjalne problemy, które mogą pojawić się podczas przyszłych pomiarów tego efektu. Jet production is a fundamental probe of perturbative quantum chromodynamics (pQCD). They play a vital role also in other areas of high energy physics. Jet quenching is arguably one of the most spectacular proofs of the creation of quark-gluon plasma in ultrarelativistic collisions of heavy ions. Nowadays, the rise of novel experimental techniques, including jet substructure observables and the application of machine learning algorithms, are revolutionizing this field of study. New jet tagging capabilities allow for comparative studies between jet flavours. Substructure measurements open doors for direct observation of the effects, entangled into more generic observables. A perfect example is the dead-cone measurement by ALICE. Results shown in this thesis benefit from both of these advances. The first part describes the analysis of the beauty-jet production cross section, measured in pp collisions at √s = 5.02 TeV by the ALICE experiment at the LHC. It is the first application of machine-learning for heavy flavour jet measurements in ALICE. The new method significantly improves tagging efficiency and purity, and shows a good stability over a wide range of these parameters. Results are consistent with the NLO pQCD predictions and the ALICE results obtained with other methods. The second part shows simulation studies for the dead-cone effect measurement for beauty jets in heavy-ion collisions. The study focuses on the removal of distortions introduced by uncorrelated heavy-ion background. The combination of jet reclustering and jet grooming allows for the restoration of the quantitative properties related to the dead-cone effect of jets. Additionally, this thesis highlights some potential issues that may arise during future measurements of this effect, which are not immediately apparent.Item Study of the Quark-Gluon Plasma with Hard Probes at the LHC(Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2018) Otwinowski, JacekMatter that surrounds us comes in a variety of phases that can be transformed into each other by a change of external conditions such as temperature, pressure, and composition. A good example is water that besides the liquid and gaseous phases, features a variety of solid phases [1]. Transitions from one phase to another are often accompanied by drastic changes in the physical properties of the matter, such as its electrical and thermal conductivity, elasticity, or transmittance. One may ask what happens when matter is under extreme conditions of high temperature and/or density. This question is of relevance for the early stage of the Universe as we go backwards in the cosmic evolution. It is also important in understanding of the properties of the inner core of neutron stars, the densest cosmic objects. Here the main players are no longer forces of electromagnetic origin but the strong interaction, which is responsible for the binding of protons and neutrons into nuclei and of quarks and gluons into the hadrons. The first realistic picture of the hadronic matter at high temperature was proposed by Hagedorn in the statistical bootstrap model of hadron production [2], well before the discovery of the Quantum Chromodynamics (QCD) [3]. In this model, hadrons are considered as composite particles (resonances of lighter hadrons), which results in the exponential increase in the density of mass states, r(mh) µ mmh-5=2 h emh=TH, where mh is the mass of a given hadronic state and TH is the Hagedorn temperature. This formula is well verified by summing up the measured hadronic states [4]. A fit to the data yields TH _ 170 MeV. An immediate consequence of the model is that the logarithm of the partition function of such hadron resonance gas and, thus, all thermodynamical quantities diverge at the limiting temperature T = TH. In 1973, Politzer [5], Gross and Wilczek [6] discovered that the QCD has properties of asymptotic freedom, i.e. the interaction between quarks and gluons weakens as they get closer to one another. It implies that at sufficiently high temperature and/or density, a new phase of deconfied quarks and gluons, referred to as quark-gluon plasma (QGP) [7–11], can be formed. The existence of a new phase was later confirmed in the calculations using the lattice formulation of QCD [12, 13]. Within this picture, the limiting temperature TH is close to the critical temperature for the phase transition between hadrons and quarks and gluons. Moreover, with point-like quarks and gluons the temperature can grow beyond any limits. These results inspired the community to explore the possibility to create and study the quark-gluon plasma by colliding heavy nuclei at high energy. In these collisions, the initial energy density and temperature should be sufficient to create the QGP for a short time. Experimental programmes started simultaneously in 1986 at the Alternating Gradient Synchrotron at the Brookhaven National Laboratory (BNL) and at the Super Proton Synchrotron (SPS) at CERN. Since 2000, the Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) at BNL has been colliding heavy-ions at psNN = 20–200 GeV. A new era of experimental search for the QGP started in 2009, when the Large Hadron Collided (LHC) at CERN became operational. The LHC was designed to collide heavy nuclei up to that of Pb at energy of psNN = 5:5 TeV, which is about 30 times larger than that at RHIC. Author joined A Large Ion Collider Experiment (ALICE) at the LHC in 2007. ALICE is a dedicated heavy-ion detector, which was designed to exploit the unique potential of nucleusnucleus interactions at the LHC energies. The main goal of ALICE is to study the physics of strongly interaction matter at extreme density and temperature, where the formation of the quark-gluon plasma is expected. Author has contributed to these studies using high momentum and/or high mass particles and jets (hard probes) to characterize the thermodynamic and transport properties of the QGP. Author is a key person in the ALICE Collaboration participating in measurements of transverse momentum spectra (pT) and nuclear modification factors of hard probes. This habilitation thesis is based on the results [14–28] obtained by the author in 2010-2018. It consists of 13 chapters, list of figures, list of tables and references. An introduction to the strongly interacting matter at extreme conditions is presented in Chap 1. The experimental apparatus, including ALICE and LHC, is described in Chap. 2. Production of hard probes in high energy nuclear collisions and their interaction with the hot and dense QCD matter in theoretical models is discussed in Chap. 3. The results on the production of hard probes at RHIC are shown in Chap. 4. Properties of QCD matter produced at the LHC determined using measurements of low energy (soft) particles are discussed in Chap. 5. The following chapters contain the results obtained by the author. The pT spectra of charged particles, charged pions, kaons and (anti)protons, D mesons, and charged jets, are presented in Chaps. 6, 7, 8, 9, respectively. The nuclear modification factors determined for charged particles, identified hadrons and jets, are discussed in Chaps. 10, 11 and 12, respectively. A summary is given in Chap. 13.
