Processus dur - indico in2p3

Approche des processus durs dans
le générateur d'événements EPOS
Sarah Porteboeuf
Directeur de These: K.Werner
JRJC 07
1ère partie :Tour d’Horizon
•Le Plasma de Quarks et de Gluons
• Les Collisions d’Ions Lourds
• Les Expériences: LHC et ALICE
Le plasma de Quarks et de Gluons
Etat supposé de la matière quelques
instants après le Big Bang
Déconfinement: les Quarks et les
gluons n’appartiennent pas à un
nucléon spécifique
Collision Proton-Proton
Les JETS
Impulsion Transverse
PT  (PX2Py2)
JETS = Flux collimatés de particules
Processus dur :
• collision entre deux partons du
type 22
• production de particules à haute
impulsion transverse
• application de la QCD
perturbative pour le calcul de
Jet Quenching
section
efficace.: modification des
propriétés du jet s’il traverse le QGP
Les Expériences
Le LHC
Collisionneur : 2 anneaux
27 km de circonférence
1232 aimants supraconducteur
Démarrage en 2008 (si tout va bien!)
7 TeV* / nucleon
Atlas et CMS : Recherche du Boson
de Higgs
Alice : Etude du QGP
* 1ev = 1.9 10-19J
Les Expériences
ALICE
A Large Ion Collider Experiment
16m de haut, 20m de large
ITS : Inner Tracking System, mesure des
vertex primaires et secondaires
TPC : Time Projection
Chamber, mesure la trajectoire
des particules
PHOS : PHOton Spectrometer,
détection des photons
2 ème partie :
les générateurs d’événements
• Qu’est-ce que c’est ?
• A quoi ça sert ?
• EPOS
• Les processus durs
• Objectifs
Les générateurs d’événements
Code informatique qui tente de simuler la production de particules
dans les collisions
1 événement = une collision
Objectif : avoir une simulation numérique qui reproduise les observables
expérimentales; multiplicité des particules, natures, énergies, impulsions
Ce Code est basé sur un modèle physique qui “explique”
chaque étape de la collision
Alors que expérimentalement on a accès uniquement aux particules qui
arrivent aux détecteurs
A quoi ça sert ?
Valider le modèle sur lequel est basé le code
Calibrage des détecteurs, prévisions
Analyse des résultats expérimentaux, reconstruction
de données
Necessité d’avoir un générateur d’événements fiable et complet
basé sur un modèle pertinent pour extrapoler dans les regions
actuellement inexplorées: LHC
EPOS
Energy conserving quantum mechanical multiple scattering approach
Based on
Partons, parton ladders, strings
Off-shell remnants
Splitting of parton ladder
EPOS, LE MODEL
Approche des intéractions multiples par la mécanique quantique,
basée sur les partons et les cordes.
Calcul des sections efficaces et production de particules dans le
même formalisme, qui prends en compte la conservation de
l’énergie.
Traitement attentif des restes des projectiles et cibles
Contiens des effets nucléaires : branchements d’échelles de partons
(screening)
Forte densité : traitement des effets collectifs d’un “core” dense
EPOS MODEL
Echelle de Partons : intéractions molle ou dure
Intéractions Multiples : échange d’echelles de partons en parallèle avec
conservation de l’énergie
HIC @ RHIC
dAu
Cf. talk klaus Werner, “HIC at LHC, last call for prediction”
Interaction Multiple et conservation de l’énergie
Dans le modèle des partons : théorème de factorisation : pour les sections efficaces
inclusives :
ppq q dx1 dx2 dtˆf (x ,Q2)f (x ,Q2) dˆˆ
3 4
1
1
2
L’interaction se resume a 1 schema et on utilise des
PDF: fonction de distribution de partons
Dans EPOS : on traite explicitement les interactions
multipes avec conservation de l’energie : calcul des
sections eficaces totalles et partielles
I1
I2
I3
I4
2
dt
Echelle de Partons
Proba d’une
interaction au Distibution de moment du
QCD perturbative, section
paramètre
parton (i,j) dans la partie efficace parton-parton (modèle Entré de l’echelle,
d’impact b
soft
des partons)
proba d’avoir parton
avec x+b 2
1
1
h1h 2
 


i

j
 ij
 
2 h1

h2

ˆ
Gsea
(
x
,
x
,
s
,
b
)

dz
dz
E
(
z
)
E
(
z
)

(
z
z
s
,
Q
)
F
(
x
)
F
(
x
)
 sea
0 part
part
   soft soft hard
0
0
h1
i, j
X+
Esoft(z+)
σ
h2
hard
Esoft(z-)
X-
1
4
h1h 2
soft
1
z z
e
1h 2
4 hsoft
1
 
z z
Comment simuler des Processus Durs a haut Pt
Problématique : § traitement des interactions multiples avec conservations de l’énergie
§ méthode qui permet une jonction soft/hard
§ réelle emission étape par étape de la partie soft
Mais : si on veut des processus très dur : événement rare : doit faire beaucoup de
simulation pour les obtenir
Très important dans le formalisme : garder les interactions multiples : distributions des
X+- à l’entré dans l’échelle
Changer le traitement de l’échelle : remplacer la partie simulation par un traitement
analytique
Permetra de générer des partons de haut Pt en controlant la distribution xIB
WORK IN PROGRESS
Conclusions et perspectives
Importance des générateurs d’événements dans les collisions
d’ions lourds à très haute énergie (LHC)
Importance des collisions pp
Importance des processus durs dans les collisions proton-proton et
ions lourds (application aux jets et jets-quenching)
EPOS permet de traiter effectivement les interactions multiples
avec conservation de l’energie : traitement des processus dur dans
ce cadre
Tentative pour générer les processus durs : mixte simulation/
annalytique : Obtenir des événements rares de façon rapide
Merci de votre attention
Generation de l’echelle de partons
Processus iteratif : determination des emissions successives
h1
X+,Q0+
1ere emission
z1
z1
z2
σhard
σhard
(S,Q1+,Q0-)
(S,Q2+,Q0-)
X-,Q0h2
 hard   ord
P(emission superieur ) 
 hard
Elaboration de test
Calcul annalytique directe des distributions du nombres de pomeron (echelle) en
fonction des jeux de variables : (X_PE+-, X_IB+-)
d ij  
dnsemi
1


 
k

l

 
ki , M

lj , M

 F ( xPE ) F ( xPE ) dx dx  Esoft ( x ) Esoft ( x )
dz dz dt  EQCD ( x ) EQCD ( x )
( x x s, t )



dxPE dxPE
 inel
dt
kl
ij
d ij
dnsemi
1
M

M


dt  f i ( xIB ) f  j ( xIB )
( s, t )



dxIB dxIB  inel
dt
ij
avec
f
M ,i

  F   E
k
k
soft
E
ki , M
QCD
Les Collisions d’Ions Lourds
1. On fait se collisionner deux Ions Lourds (Plomb ou Or)
2. On regarde ce qui se passe: on détecte les particules produites (en
grand nombre)
3. Analyse de ces résultats: Est-ce que les caractéristiques
(observables) de certaines particules nous indiquent que l’on a
produit un Plasma de Quarks et de Gluons ?
Pour savoir si le QGP est formé: on peut comparer les collisions N-N
avec p-p et voir les différences pour chaque observable
Les modèles pour N-N sont basés sur les modèles pour p-p
Necessité de bien comprendre les collisions pp
EPOS
Gribov Regge Theory
Traite les interactions en parallèles:
interactions multiple.
Problème : ne tient pas compte de la
conservation de l’énergie pour le calcul
de section efficace.
Parton Model
Permet de calculer les section efficaces
hadrons-hadrons
comme
résultant
d’interactions parton-parton.
Inconvénients : interactions multiples
cachées dans la formule “globale”
Parton based Gribov-regge Theory
Jonction entre le modèle des partons et Gribov-Regge theory.
Permet de traiter les interactions multiples correctement en tenant compte de la
conservation de l’énergie et en calculant correctement le processus dur.
EPOS, générateur de vrais événements, étude de toutes les étapes de
la collision.