Charged particle multiplicity studies in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 10 TeV with the ALICE detector
Charged particle multiplicity studies in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 10 TeV with the ALICE detector
Particle multiplicity is one of the basic observables in hadron and nuclear collisions. In a proton-proton (pp) system, the measured multiplicity distributions indicate that the hadrons emerging from the collision cannot be considered as produced independently from each other. Furthermore, the correlation between the forward and backward multiplicities reveals the longitudinal size of the particle sources. Sound understanding of these effects in pp system is prerequisite before a similar study of nuclear collisions can be undertaken.
In this work I describe a charged particle multiplicity analysis prepared for the ALICE experiment at CERN LHC. The analysis is focused on multiplicity distributions and forward-backward multiplicity correlations, and was extensively tested using simulated pp collision events. The latter were produced using realistic event generators tuned for the energies at which experimental data exist, and extrapolated to LHC. The analysis scheme and the results are described in Sections 4 and 5. The emphasis is put on the response of the ALICE apparatus to the observables under discussion.
The multiplicity analysis is based on the particle tracks measured with the ALICE Time Projection Chamber (TPC). The TPC is an excellent charged particle detector with large coverage and high resolution, the latter, however, achievable only if the working conditions are well under control. Two essential parameters, the electron drift velocity and the gas gain, are monitored by a dedicated device called Gas prOportional cOunter For drIfting Electrons (GOOFIE). Installation, commissioning, and operation of GOOFIE, described in Section 2.3, were the practical part of this thesis work.
Teilchenmultiplizität ist eine der grundlegenden Observablen in Hadronen und Kernstößen. Im Proton-Proton-System (pp-System) deutet die gemessene Multiplizitätsverteilung darauf hin, dass die in der Kollision entstehenden Hadronen nicht voneinander unabhängig produziert werden. Darüber hinaus liefert die Korrelation zwischen den Vorwärts- und Rückwärtsmultiplizitäten Informationen über die longitudinale Ausdehnung der Teilchenquelle. Ein fundiertes Verständnis dieser Effekte im pp-System ist notwendig bevor ähnliche Studien in Kernstößen unternommen werden können.
In dieser Arbeit beschreibe ich eine für das ALICE-Experiment am CERN-LHC entwickelte Multiplizitätsanalyse von geladenen Teilchen. Die Analyse legt ihren Schwerpunkt auf Multiplizitätsverteilungen und Vorwärts-Rückwärts Multiplizitätskorrelationen und wurde ausführlich mit simulierten pp-Kollisionen getestet. Letztere wurden mit realistischen Eventgeneratoren produziert, die an die experimentellen Daten bei niedrigeren Energien angepasst und zu LHC Energien extrapoliert wurden. Die Analyse und ihre Ergebnisse werden in den Kapiteln 4 und 5 beschrieben. Ein besonders wichtiger Punkt hier ist der Einfluss der ALICE-Detektoren auf die zu messenden Observablen.
Die Multiplizitätsanalyse basiert auf den in der ALICE Time Projection Chamber (TPC) gemessenen Teilchenspuren. Die TPC ist ein ausgezeichneter Detektor, der geladene Teilchen mit großer Akzeptanz und hoher Auflösung messen kann. Letztere ist jedoch nur erreichbar, wenn die Arbeitsbedingungen voll unter Kontrolle sind. Zwei wesentliche Parameter, die Elektrondriftgeschwindigkeit und die Gasverstarkung, werden durch ein spezielles Gerät, Gas prOportional cOunter For drIfting Electrons (GOOFIE), überwacht. Installation, Inbetriebnahme und Operation des GOOFIE, beschrieben im Kapitel 2.3, stellen den praktischen Teil dieser Doktorarbeit dar.
