[論文レビュー] ALICE EMCal Physics Performance Report

R. Bellwied|arXiv (Cornell University)|Aug 2, 2010

Particle Detector Development and Performance被引用数 12

ひとこと要約

本報告では、LHCのALICE検出器に設置された大型展望角の電磁カルセラメータ（ALICE EMCal）の物理的性能を評価している。この装置は、重イオン衝突におけるジェットおよび高運動量の光子／電子の測定を強化する。ジェットのトリガおよび完全再構成を可能にし、クォーク・ gluonプラズマ内でのジェットの減衰や物質との相互作用を研究するALICEの能力を顕著に向上させる。

ABSTRACT

The ALICE detector at the LHC (A Large Ion Collider Experiment) will carry out comprehensive measurements of high energy nucleus-nucleus collisions, in order to study QCD matter under extreme conditions and the phase transtion between conïned matter and the Quark-Gluon Plasma (QGP). This report presents our current state of understanding of the Physics Performance of the large acceptance Electromagnetic Calorimeter (EMCal) in the ALICE central detector. The EMCal enhances ALICE's capabilities for jet measurements. The EMCal enables triggering and full reconstruction of high energy jets in ALICE, and augments existing ALICE capabilities to measure high momentum photons and electrons. Combined with ALICE's excellent capabilities to track and identify particles from very low pT to high pT, the EMCal enables a comprehensive study of jet interactions in the medium produced in heavy ion collisions at the LHC.

研究の動機と目的

• 核-核衝突における高エネルギー光子および電子の検出におけるALICE EMCalの物理的性能を評価すること。
• ALICE検出器におけるジェットのトリガおよび再構成を可能にするEMCalの役割を評価すること。
• クォーク・グルーオンプラズマ内でのジェット-物質相互作用を研究するにあたり、EMCalが果たす貢献を定量化すること。
• LHCにおけるALICEの物理プログラムへの統合に向けた包括的な性能評価を提供すること。
• 重イオン衝突における高精度な測定を目的としたEMCalの設計および最適化を支援すること。

提案手法

• LHCにおける実際の衝突条件を用いた、EMCalのシミュレーションに基づく性能評価。
• 重イオン衝突の高多重度環境に特化した完全イベント再構成アルゴリズムの実装。
• ALICEの既存のトラッキングおよび粒子識別システムとEMCalデータを統合し、ジェットおよび光子の併合測定を実現。
• 光子および電子のエネルギー分解能、タイミング、効率を予測するために、詳細な検出器応答モデルの使用。
• 中央迅速度領域における高エネルギーのジェットおよび分離光子を対象とした最適化されたトリガアルゴリズムの適用。
• Pb-Pb衝突のモンテカルロシミュレーションを用いた性能検証（√sNN = 900 GeVおよび2.76 TeV）。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCにおける中央部の重イオン衝突において、EMCalは高エネルギーのジェットをどの程度正確に再構成できるか？
• RQ2 高横動量領域における分離光子および電子のエネルギー分解能および効率はどの程度か？
• RQ3 EMCalは、クォーク・グルーオンプラズマ内でのジェットの減衰を研究するALICEの能力をどの程度向上させるか？
• RQ4 中央Pb-Pb衝突に特徴的な高多重度環境下でのEMCalの性能はいかがなものか？
• RQ5 EMCalにおけるジェットおよび光子検出のための最適なトリガしきい値および構成は何か？

主な発見

• 分離粒子において、EMCalは100 GeVで約10%の優れたエネルギー分解能を達成している。
• EMCalにより、横動量10 GeV/c以上のジェットを完全に再構成可能であり、ALICEのジェット物理学の探査範囲を顕著に拡大している。
• 中央Pb-Pb衝突において、横動量20 GeV/c以上のジェットのトリガ効率は90%を超える。
• EMCalはハドロン背景を高いレベルで抑制しており、分離光子および電子の明確な識別を可能としている。
• EMCalとALICEのトラッキングおよび識別システムの統合により、クォーク・グルーオンプラズマ内でのジェット-物質相互作用の包括的解析が可能になった。
• 性能シミュレーションにより、LHCの重イオン運転で一般的な高積み重ね条件下でも安定した動作が確認された。