Ефекти флуктуација почетних стања у сударима PbPb и pPb у експерим,енту CMS

Abstract

У овоj тези представљена jе систематска анализа нарушења факторизациjе дугодометних азимуталних дво-честичних корелациjа у производ jедно-честичних анизотропиjа, као функциjа трансверзалног импулса (pT) и псеудорапидитета (η) за обечестице, и као функциjа мултиплицитета у PbPb и pPb сударима. За анализу сукоришћени подаци PbPb и pPb судара прикупљени на CMS експерименту при енергиjи центра масе 2.76 TeV и 5.02 TeV. Поред експерименталних података у анализи су коришћени PbPb подаци генерисани HYDJET++ моделом при истоj енергиjи центра масе 2.76 TeV. Експериментални резултати су упоређени са предвиђањима релативистичких хидродинамичких модела за различите вредности количника вискозности и ентропиjе η/sи различите почетне геометриjе судара. Резултати показуjу да се факторизациjа нарушава и заpTи заη, са израженом зависношћу одцентралности и мултиплицитета судара. Као функциjа pT, интензитет нарушења факторизациjе за други Fourier-ов хармоник достиже 20% за веома централне PbPb сударе, и драматично пада при смањивању мултиплицитета. Ови резултати су сагласни са предвиђањима релативистичке вискозне хидродинамике, коjа показуjе даjе ефекат нарушења факторизациjе првенствено повезан са флуктуациjама почетних стања унутар судараjућих jезгара. Као функциjа η, ефекат jе наjслабиjи за семи-централне PbPb сударе, али постаjе jачи за централниjе и периферниjе судара, као и за pPb сударе за догађаjе са високим мултиплицитетом. Интензитет нарушења факторизациjе jе квантификован Pearson-овим корелационим кеофициjентом rn, као функциjом дво-честичних Fourier хармоника рачунатих стандардном методом дво-честичних корелациjа. По први пут jе коришћена анализа главних компоненти за издваjање различитих ортогоналних модова дво-честичних Fourier хармоника, коjи представљаjу нове опсервабле директно повезане са ефектом нарушења факторизациjе. Прва два мода дво-честичних корелациjа, тзв. "водећи ток" и "подток",рачунати су за елиптичке и триангуларне анизотропиjе у PbPb и pPb сударима у функциjи pT за различите централности и мултиплицитете. Резултати показуjу да jе водећи ток практично еквивалентан анизотропном Fourier хармонику претходно добиjеним стандардном методом дво-честичних корелациjа. Подток представља нову експерименталну опсерваблу и наjвише доприноси интензитету нарушења факторизациjе за високе вредности трансверзалног импулса. Веза између ових резултата и претходних резултата нарушења факторизациjе jе дискутована. Елиптички и триангуларни модови рачунати су и са подацима генерисаним подацима HYDJET++ и показуjу слично понашање као експериментални подаци. Анализа главних компоненти jе такође примењена за флуктуациjе мултиплицитета, за PbPb сударе, где jе исто видљив други мод. Сви добиjени резултати се могу обjаснити флуктуациjама почетних стања коjе су пресудне за моделовање релативистичких судара тешких jезгара.

In this thesis systematic studies on factorization breaking of long-range azimuthal two-particle correlations into a product of single-particle anisotropies are presented, as a function of transverse momentum (pT) and pseudorapidity (η) of both particles, and as a function of the particle multiplicity in PbPb and pPb collisions. Data used in this thesis are collected on the CMS experiment for PbPb and pPb collisions at center-of-mass energy of 2.76 TeV and 5.02 TeV, respectively. Furthermore, a heavy ion event generator HYDJET++ was used to generate data for PbPb collisions, at thesame center-of-mass energy 2.76 TeV, in order to compare with real experimental data. Results are compared with relativistic hydrodynamical predictions for different ratio values of viscosity and entropy η/s and different initial-state geometry conditions. The results show that factorization is broken for both the pT and η, with strong collision centrality and multiplicity dependence. As a function of pT, the magnitude of the factorization breakdown for the second Fourier harmonic reaches 20% for very central PbPb collisions but decreases rapidly as the multiplicity decreases. These results are consistent with relativistic viscous hydrodynamic calculations, which suggest that the effect of factorization breaking is primarily sensitive to the initial-state fluctuations present in the nuclei. As a function ofη, the effect is found to be weakest for mid-central PbPb events but becomes larger for more central or peripheral PbPb collisions, and also for very high-multiplicity pPb collisions. The magnitude of factorization breaking is quantified by the Pearson correlation coefficient rn, as a function of two-particle Fourier harmonics calculated using the standard two-particle correlation method. For the first time a principal-component analysis is used to separate out different orthogonal modes of the two-particle Fourier harmonics, which represent new observables brought in direct connection with the effect of factorization breaking. The first two modes (called "leading" and "subleading" flow) of two-particle correlations are presented for elliptical and triangular anisotropies in PbPb and pPb collisions as a function of pT for different centrality and multiplicity ranges. The leading mode is found to be essentially equivalent to the anisotropy Fourier harmonic previously extracted from the standard two-particle correlation method. The subleading mode represents a new experimental observable and is shown to account for a large fraction of the factorization breaking observed at high transverse momentum. The connection of these new results to previous studies of factorization is also presented. For comparison reasons, elliptical and triangular mode calculations are also conducted for the HYDJET++ generated data. The HYDJET++ results show similar behaviour similar to the one seen in the real data. The principal-component analysis technique has also been applied to multiplicity fluctuations, for PbPb collisions, where a subleading mode is also seen. All obtained results can be understood in frames of initial-state fluctuations which are essential in modeling relativistic heavy ion collisions.