CERN - ALICE Deneyi

CERN - ALICE Deneyi

Sorumlu Akademisyen ve Bölümü: Doç. Dr. Ayben KARASU UYSAL / Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği

Projenin Adı: ALICE Deneyinde pp, pPb ve PbPb Çarpışmalarında Δ++ ve Δ--Rezonans Oluşumlarının İncelenmesi

Projenin Özeti: Yüksek enerjili ağır iyon çarpışmaları, kuark ve gluonların nükleonlar içinde bulunmayıp serbestçe hareket edebildikleri, maddenin ayrık fazı olan kuark gluon plazmasının (QGP) oluşturulup incelenmesi için uzun zamandır kullanılmaktadır. QGP hipotezini destekleyen bulgular ilk kez Süper Proton Sinkrotronu’nda (SPS) gözlenmiştir. Rölativistik Ağır İyon Hızlandırıcısı (RHIC) deneylerinden elde edilen sonuçlar QGP hipotezini doğrularken bu fazın baz ek özellikleri olduğunu göstermiştir. Bugün, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) enerjilerinde gerçekleştirilen ölçümler RHIC sonuçlarını doğrulamaktadır ve çarpışmalarda oluşan maddenin neredeyse hiç vizkozitesi olmayan bir sıvı gibi davrandığını göstermiştir. QGP’nin özellikleri bir çok bakımdan teorik olarak dahi bilinmemektedir. Dolayısıyla maddenin bu yeni fazını anlayabilmek için bir çok farklı ölçüm yapılmalıdır. Çok kısa yarı ömürlü rezonanslar, çarpışma sonucu oluşan yoğun ve sıcak ortamın ilk evrelerini incelemek için kullanılabilirler. Farklı yarı ömürlü ve kuark içerikli rezonansların karşılaştırılmasıyla üretilen ve genişleyen ortamın zamanla gelişimi, sıcaklık ve yoğunluğu ile ilgili bilgiler elde edilebilir. ALICE, yüksek enerjili ağır iyon çarpışmalarını inceleyebilmek için tasarlanmış bir LHC deneyidir. Genişmomentum aralığını (~0.1−~10 GeV/c) kapsayan üstün bir parçacık tanımlama yeteneği vardır. Bu özelliği sayesinde rezonans parçacıklarını inceleyebilmek için çok iyi bir araçtır. Hadronik rezonansların üretim miktarı (ürünyield) ve karakteristik özelliklerindeki değişikliklerin araştırılmasıyla QGP fazının oluşumu incelenebilir. Δ++ baryonu, en kısa yarı ömürlü rezonanslardan bir tanesi olduğundan özel bir önem arzetmektedir. cτ ∼ 1.6 fm ortalama ömrü olan bu rezonans, QGP fazı sonlanmadan bozunma ve saçılmaya uğrar. QGP’nin yüksek basınç ve sıcaklığından kaynaklanan ortam-içi etkilerinin Δ++ rezonansının karakteristik özelliklerini değiştirmesi beklenmektedir. Kütle, rezonans genişliği ve üretilen parçacık miktarının momentuma bağlı olarak ölçülmesi ile çarpışma sonrası oluşan ortamın dinamik özellikleri belirlenebilir.

Önerilen bu proje ile LHC enerjilerindeki proton-proton (pp), proton-kurşun (pPb) ve kurşun-kurşun (PbPb) çarpışmaları için Δ++ ve Δ−.−baryonik rezonanslarının ölçümü ilk defa yapılacaktır. Elde edilen sonuçlar diğer rezonans parçacıkları ile karşılaştırılıp yüksek enerjili çarpışmalarda oluşan ortamın gelişimi araştırılacaktır.

pp ve PbPb sistemlerinde çarpışmaya katılan nükleonların sayısındaki farklılık göz önüne alındığında, pPb sistemi iki çarpışma türü arasında bir köprü oluşturacağından analizlere dahil edilmiştir. Özel olarak, çapışan sistemlerin hacimsel özellikleri üzerine çarpışmaya katılan nükleon sayıları cinsinden yapılacak bir inceleme, LHC’de oluşan ortamın ilk ve son durumu arasındaki farklılıkların anlaşılmasına yardımcı olacaktır.

Bu proje çalışmasında ALICE dedektörünün topladığı veri analiz edilecektir. Δ++ parçacığının ölçümü, Δ++→p+ π+ ve Δ− −→ p− π− bozunma kanalları kullanılarak, ana izleme aygıtı olan TPC (Zaman İzdüşüm Odası-Time Projection Chamber) ve TOF (Uçuş Zamanı Dedektörü-Time of Flight) dedektörleri ile yapılacaktır. PbPb √sNN=2.76 TeV, pPb √sNN=5.02 TeV ve pp √s=7 TeV kütle merkezi enerjili çarpışmalarda oluşan Δ++ ürün miktarı (yield) belirlenecektir. Ayrıca, Δ++ değişmez kütle spektrumu çeşitli merkezilik (centrality) sınıflarında ölçülecektir. Rezonasın yeniden yapılandırılmasında protonpiyon çifleri için standart kombinasyonel yöntem kullanılacak olup fon (background) dağılımının belirlenmesi için olay karıştırma (event mixing), zıt-işaret (unlike-sign) ve olay döndürme (event rotating) teknikleri uygulanacaktır.

ALICE dedektörünün toplamışolduğu veri ile (0.2 ≤pt ≤5.0 GeV/c momentum aralığındaki) ürün miktarı ve (ortam sıcaklığı ile yakından ilgili olan) ters eğim parametresi belirlenecektir. Elde edilecek değerler, hem farklı çarpışma sistemleri hem de farklı merkezilik sınıfları ile karşılaştırılarak çarpışma sonucu oluşan ortamın nasıl genişlediği anlaşılmaya çalışılacaktır. Δ++ parçacığının ortalama momentum değeri proton, kaon ve piyon gibi kararlı parçacıklarla karşılaştırılıp rezonansın oluşum mekanizması incelenecektir.

Ağır iyon çarpışmalarında oluşan maddenin evrimini inceleyebilmek amacıyla Δ++ rezonansının akış (flow-v2) parametresi ölçülecektir. Aynı zamanda, pp ve PbPb sistemleri arasındaki ortam farklılıklarının karakterizasyonu için, iki sistem karşılaştırılarak RAA ve RCP nükleer modifikasyon faktörleri belirlenecektir. √s=7 TeV kütle merkezi enerjili pp çarpışmalarındaki Δ++ rezonansının incelenmesine grubumuz tarafından başlanmış ve analizlerin büyük bölümü tamamlanmıştır. Bu çalışma boyunca sahip olunan analiz tecrübesiyle araştırma önerisinin başarıyla tamamlanacağı düşünülmektedir. Proje çalışması, 3 Prof. Dr., 1 Yrd. Doç. Dr., 2 yüksek lisans öğrencisi ve 2 bilgisayar uzmanından oluşan 8 kişilik bir ekiple yürütülecektir. 36 aylık bir süre araştırmanın tamamlanması için uygun görülmektedir. Araştırma temel olarak (i) analiz algoritmalarının hazırlanması (ii) veri analizinin yapılması ve (iii) sonuçların değerlendirilmesi olmak üzere 3 ana başlıkta toplanabilir.

Hedeflenen ve/veya beklenen bilimsel çıktılara ek olarak, veri analizinde yeni teknikler geliştirebilen, teorik modellemeler yapabilen ve ileri hesaplama tekniklerini kullanabilen araştırmacıların yetiştirilmesi, hesaplama sonuçlarını içeren yeni yayınların ve tezlerin üretilmesi, çalıştay ve eğitim aktiviteleriyle ülkemizdeki bilimsel birikime katkı sağlanması hedeflenmektedir. Proje kapsamında yapılacak çalışmalar CERN–ALICE grubuyla birlikte ilerleyecektir. Böylece ALICE deneyi ile işbirliği faaliyetleri geliştirilecek, ileriki dönemde farklı projelerde rol alınmasının önü açılmışolacaktır.

Amaç: Bu projenin amacı, ALICE dedektörünün 2010-2012 yılları arasında pp, pPb ve PbPb çarpışmalarında topladığı veri kullanılarak ?++(1232) ve ?-.-(1232) rezonans parçacıklarının oluşum mekanizmalarını araştırmaktır. Spesifik olarak, rezonans kütlesi, genişliği ve üretilen parçacık miktarlarının, parçacık momentumuna bağımlılığının ölçülmesidir. Böylece çarpışma sonucu oluşan ortamın ilk aşamalarının nasıl gerçekleştiğinin ve geliştiğinin incelenmesi hedeflenmektedir. Önerilen proje çalışması ile, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) enerjilerinde ?++(1232) ve ?-.-(1232) rezonans parçacıklarının oluşumu ilk defa çalışılacaktır. Yüksek enerji fiziğinin bu yeni enerji bölgesine uygun analiz yöntemlerin geliştirilmesi planlanmaktadır. Rezonans ve hadronların oluşum mekanizmalarıyla ağırlıklı olarak ilgilenen CERN-ALICE deneyinin, deneysel ve teorik açıdan tamamlayıcısı olmak ve Türkiye’nin tam üye statüsünde ilk kez yer aldığı ALICE deneyi ile işbirliğini geliştirmek hedeflenmektedir.

Projenin Süresi: 36 Ay

Projenin Finansal Kaynağı ve Toplam Maliyeti: TAEK /551.750 TL

Projenin Paydaşları: Üniversiteler/Araştırma Merkezleri/CERN- ALICE Deneyi

Projenin Bulunduğu Aşama: Araştırma - Analiz