TU Darmstadt / ULB / TUprints

Dielectron production in proton-proton collisions with ALICE

Koehler, Markus K. :
Dielectron production in proton-proton collisions with ALICE.
Technische Universität, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2015)

[img]
Preview
Text
mkk_thesis.pdf
Available under Creative Commons Attribution Non-commercial No-derivatives 3.0 de.

Download (6MB) | Preview
Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Dielectron production in proton-proton collisions with ALICE
Language: English
Abstract:

Ultrarelativistic hadron collisions, such as delivered since a couple of years at the Large Hadron Collider (LHC), provide new insights into the properties of strongly interacting matter at high temperatures and densities, which is expected to have existed a few of a millionth seconds after the big bang. Electromagnetic probes, such as leptons and photons, are emitted during the entire collision. Since they do not undergo strong interactions, they reflect the entire evolution of the collision.\\ Pairs of leptons, so called dileptons, have the advantage compared to real photons, that they do not only carry momentum, but also have a non-zero invariant mass. The invariant mass spectrum of dileptons is a superposition of several components and allows to address different characteristics of the medium.\\ To understand dielectron production in heavy-ion collisions, reference measurements in proton-proton (pp) collisions are necessary. pp collisions reflect the vacuum contribution of the particles produced in heavy-ion collisions. The analysis of pp collisions is an essential step towards the extraction of medium influences on the vector meson spectral functions and the thermal radiation in heavy-ion collisions.\\ In this thesis, the production of electron-positron pairs (dielectrons) in pp collisions at a collision energy of $7$~TeV in the ALICE central barrel is analysed. ALICE has unique particle identification capabilities at low momentum. Electrons and positrons are identified with a high purity and combined to pairs. The invariant mass distribution of dielectrons is corrected for detector effects and the selection criteria in the analysis with Monte Carlo simulations.\\ The dielectron invariant mass spectrum of known hadronic sources is calculated based on the cross sections measured in other decay channels using the known decay kinematics. This so called hadronic cocktail represents the dielectron spectrum at the moment of kinematic freeze-out and can be compared to the measured dielectron invariant mass spectrum. The cocktail is consistent with the measured dielectron invariant mass spectrum within the quoted statistical and systematic uncertainties. \\ Additionally, the fraction of direct over inclusive virtual photons is measured as a function of transverse momentum from dielectron yields at high pair momentum. The ratio is used to calculate the cross section of direct real photons, which is compared to next-to-leading order perturbative Quantum-Chromodynamics calculations. The theoretical calculations are consistent with the measurement for pp collisions at a centre-of-mass energy of $7$~TeV.\\ The analysis and results of this work are the basis for future dielectron measurements of heavier collision systems.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Ultrarelativistische Hadronenkollisionen, wie sie seit wenigen Jahren am Large Hadron Collider (LHC) untersucht werden, eröffnen neue Einsichten in die Eigenschaften der stark wechselwirkenden Materie bei hohen Temperaturen und Dichten, so wie sie für wenige millionstel Sekunden nach dem Urknall existiert hat. Elektromagnetische Sonden, wie Leptonen und Photonen, werden während der gesamten Kollision emittiert und erfahren darüber hinaus keine starke Wechselwirkung, wodurch gemessene Leptonenspektren die gesamte Evolution einer Schwerionenkollisionen widerspiegeln.\\ Paare von Leptonen, so genannte Dileptonen, haben den Vorteil gegenüber reellen Photonen, dass sie nicht nur Impuls tragen, sondern auch eine nicht verschwindende invariante Masse haben. Das Dileptonenkontinuum ist eine Überlagerung unterschiedlicher Komponenten und erlaubt die Untersuchung verschiedener Eigenschaften des Mediums. \\ Um spätere Analysen von Schwerionenkollisionen und die daraus folgenden Ergebnisse interpretieren zu können, müssen Referenzmessungen in Proton-Proton (pp) Kollisionen vorgenommen werden. pp Kollisionen spiegeln die Teilchenproduktion des Vakuumanteils von Schwerionenkollisionen wider. Die Analyse von pp Kollisionen stellt somit einen essentiellen Baustein für das Verständnis der Spektralfunktionmodifikationen von Vektormesonen und thermischer Strahlung in Schwerionenkollisionen dar.\\ In dieser Arbeit wird die Produktion von Elektron-Positron Paaren (Dielektronen) in pp Kollisionen bei einer Schwerpunktsenergie von $7$~TeV in dem zentralen Teil des ALICE Detektorsystems untersucht. ALICE hat unter allen LHC Experimenten einzigartige Teilchenidentifikationsmöglichkeiten bei niedrigen Impulsen. Elektronen und Positronen können mit einer hohen Reinheit identifiziert und zu Paaren kombiniert werden. Das Massenspektrum der Dielektronen wird auf Detektoreinflüsse und die während der Analyse angewandten Auswahlkriterien auf Teilchen- und Paarebene mithilfe von Monte Carlo Simulationen korrigiert. \\ Bekannte hadronische Dielektronenquellen werden anhand ihrer gemessenen Wirkungsquerschnitte in anderen Zerfallskanälen und der erwarteten Dielektronenkinematik zu einem Dielektronenspektrum zusammengefasst. Dieser sogenannte hadronische Cocktail repräsentiert die Vakuumkomponenten des Dielektronenspektrums zu dem Zeitpunkt der Kollision, an dem sich die Teilchenkomposition nicht mehr ändert und kann mit den gemessenen Spektren verglichen werden. Der Cocktail beschreibt das gemessene Dielektronenspektrum innerhalb der statistischen und systematischen Fehler.\\ Darüber hinaus lässt sich aus Dielektronen bei hohen Paarimpulsen der Beitrag direkter virtueller Photonen zum Dielektronenspektrum messen. Damit kann der Wirkungsquerschnitt direkter reeller Photonen als Funktion des Transversalimpulses berechnet werden, der mit Next-to-leading-order Berechnungen perturbativer Quanten-Chromodynamik verglichen wird. Die theoretischen Berechnungen sind konsistent mit dem gemessenen Wirkungsquerschnitt für pp Kollisionen bei einer Kollisionsenergie von $7$~TeV.\\ Die Analyse und die Ergebnisse dieser Arbeit bilden die Grundlage für zukünftige Dielektronenmessungen an schwereren Kollisionssystemen.German
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
Divisions: 05 Department of Physics > Institute of Nuclear Physics
Date Deposited: 28 Apr 2015 10:43
Last Modified: 28 Apr 2015 10:43
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-43665
Referees: Braun-Munzinger, Prof. Peter and Wambach, Prof. Jochen and Thomas, Prof. Walther and Thomas, Prof. Aumann
Refereed: 20 October 2014
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/4366
Export:
Actions (login required)
View Item View Item

Downloads

Downloads per month over past year