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Electrons from decays of open charm and beauty hadrons in p-Pb collisions at sqrt(sNN) = 5.02 TeV

Wagner, Jan :
Electrons from decays of open charm and beauty hadrons in p-Pb collisions at sqrt(sNN) = 5.02 TeV.
Technische Universität Darmstadt, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2016)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Electrons from decays of open charm and beauty hadrons in p-Pb collisions at sqrt(sNN) = 5.02 TeV
Language: English
Abstract:

Charm and beauty quarks serve as a probe to study the deconfined medium of a quark-gluon plasma observed in A-A collisions. Due to their large mass they are produced in the first moments of the collision and interact with the expanding medium. Cold nuclear matter effects such as the modification of the nuclear Parton Distribution Functions in the Pb nuclei, parton momentum (k_T) broadening from soft scattering processes and initial- and final-state parton energy loss play a role in nuclear collisions. These effects can be studied by a reference measurement in p-A collisions, where an extended medium is not believed to be formed.

In this work the measurement of the production of electrons from semi-leptonic decays of heavy-flavor hadrons as function of the transverse momentum in p-Pb collisions at sqrt(sNN) = 5.02 TeV with ALICE at the LHC is presented. The measurement of electrons from heavy-flavor hadron decays requires a precise determination of the electron background. For the first time in this kind of measurement with ALICE the main contribution to the electron background is estimated by tagging electrons from e^+e^-γ Dalitz decays and γ-conversions, leading to a substantial reduction of the relative systematic uncertainties compared to previous measurements in pp collisions. A reference measurement for pp collisions at sqrt(s) = 5.02 TeV was interpolated from measurements in pp collisions at sqrt(s) = 2.76 TeV and sqrt(s) = 7 TeV. The determined nuclear modification factor of electrons measured in the p_T-range 0.5 < p_T < 8 GeV/c and rapidity range -1.065 < y_cms < 0.135 suggests binary-scaling of the production cross-section measured in p-Pb collisions. The result for the R_pPb suggests small cold nuclear matter effects for electrons from heavy-flavor hadron decays in agreement with predictions from different model calculations.

An investigation of the multiplicity dependence of heavy-flavor production leads to linear increase of the self-normalized yields of electrons from heavy-flavor hadron decays as function of the charged-particle multiplicity estimated at mid-rapidity and backward rapidity in p-Pb collisions at sqrt(sNN) = 5.02 TeV. The self-normalized yields show no p_T-dependence as function of the multiplicity, which indicates small or no differences between the charm and beauty production as function of multiplicity.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Charm- und Beautyquarks können benutzt werden um das Quark-Gluon Plasma, das in A-A Kollisionen beobachtet wird, zu untersuchen. Wegen ihrer großen Masse entstehen sie in den ersten Momenten einer Kollision und interagieren mit dem sich ausdehnenden Medium. ``Kalte-Materie Effekte'', wie zum Beispiel eine Modifizierung der Kern-Partonenverteilungsfunktionen, eine Vergrößerung der relativen Breite des Parton-Transversalimpulses (k_T) durch weiche Stoßprozesse sowie Energieverlust des Partons im Eingangs- und Ausgangszustand spielen in Kollisionen von Kernen eine Rolle. Diese Effekte können durch eine Referenzmessung in p-A Kollisionen untersucht werden, für die angenommen wird, dass in diesen kein ausgedehntes Medium entsteht. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Produktion von Elektronen aus semileptonischen Zerfällen von Charm- und Beautyhadronen als Funktion des Tansversalimpulses in p-Pb Kollisionen bei einer Schwerpunktsenergie von sqrt(sNN) = 5.02 TeV, gemessen mit dem ALICE Detektor am LHC. Die Messung von Elektronen aus semileptonischen Zerfällen von Charm- und Beautyhadronen erfordert eine genaue Bestimmung des Elektronenuntergrundes. Zum ersten Mal wurde für diese Art von Messung in ALICE der Hauptanteil des Elektronenuntergrundes durch Identifizierung von Elektronen aus e^+e^-γ Dalitz-Zerfällen und γ-Konversionen bestimmt, was, im Vergleich zu vorhergehenden Messungen in pp Kollisionen, zu einer deutlichen Verminderung der relativen systematischen Unsicherheiten führt. Eine Referenzmessung für pp Kollisionen bei einer Schwerpunktsenergie von sqrt(s) = 5.02 TeV wurde aus Messungen in pp Kollisionen bei sqrt(s) = 2.76 TeV und sqrt(s) = 7 TeV interpoliert. Der nukleare Modifizierungsfaktor R_pPb von Elektronen wurde im p_T Bereich 0.5 < p_T 8 GeV/c und im Rapiditätsbereich -1.065 < y_cms < 0.135 bestimmt. Das Ergebnis lässt auf eine Skalierung des Produktions-Wirkungsquerschnittes mit der Anzahl der Nukleon-Nukleon Kollisionen schließen. Dies deutet darauf hin, dass Kalte-Materie Effekte für Elektronen aus Charm- und Beautyhadronenzerfällen klein sind, was mit Vorhersagen von verschiedenen theoretischen Modellrechnungen übereinstimmt. Weiterhin wurde die Multiplizitätsabhängigkeit der Produktion von Charm- und Beautyhadronen untersucht. Eine linearen Vergrößerung der normierten Ausbeute von Elektronen aus Charm- und Beautyhadronenzerfällen in p-Pb Kollisionen bei sqrt(sNN) = 5.02 TeV als Funktion der relative Multiplizität von geladenen Teilchen wurde festgestellt. Die normierten Ausbeute als Funktion der Multiplizität zeigen keine Abhängigkeit vom Transversalimpuls, woraus man schließen kann, dass sich der Produktionsmechanismus von Charm- und Beautyteilchen als Funktion der Multiplizität nicht oder nur sehr gering unterscheidet.German
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
Divisions: 05 Department of Physics > Institute of Nuclear Physics > Experimentelle Kernphysik
Date Deposited: 02 Nov 2016 10:56
Last Modified: 16 Nov 2016 14:27
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-57101
Referees: Galatyuk, Prof. Dr. Tetyana and Andronic, Priv. Doz. Anton
Refereed: 17 October 2016
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/5710
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