Prospects for open heavy flavor measurements via dimuons in Pb-Pb collisions at √ s N N = 5.5 TeV with the ALICE Muon Forward Tracker
Résumé
The ALICE (A Large Ion Collider Experiment) experiment is one the four main experiments at the LHC
(Large Hadron Collider), and it has been designed to study high energy heavy ion collisions. The heavy
ion collisions recreate, in the laboratory, a state of matter called the Quark Gluon Plasma (QGP), where
quarks and gluons are deconfined. Due to its extremely short life-time, the QGP can not be studied
directly. In this sense, heavy quarks are of particular interest as they are produced in the initial hard
scatterings of the collisions so they experience the complete evolution of the system. We will study
the open charm and open beauty hadrons through their semimuonic (μ) decay channels, detected by
the ALICE muon spectrometer. A current muon spectrometer’s setup limitation is the impossibility to
distinguish beauty and charm open heavy flavors through their semimuonic decays. One of the ALICE
upgrades scheduled for the run III of the LHC (that will start in 2019) is the Muon Forward Tracker
(MFT). This detector will be used in conjunction with the muon spectrometer at forward rapidities
and the upgraded Inner Tracking System detectors, in the central barrel, and should improve several
measurements. In particular, it will allow to disentangle muons from open charm and open beauty. Such
a distinction would allow us to verify several theoretical predictions, and moreover, it will give us more
insight on the QGP. In this study, we evaluate the future MFT perfomances in Pb-Pb collisions for the
open charm and open beauty measurements, using the offset distributions, via dimuons. We started
from a Monte-Carlo simulation with the expected conditions of run III of the ALICE experiment. We
extracted the dimuon offset distributions, and evaluated the uncertainties for the open beauty and open
charm extraction, in two invariant mass regions and several dimuon transverse momentum (pμμ
T) ranges.
L’expérience ALICE (A Large Ion Collider Experiment) est l’une des quatres principales expériences
au sein du LHC (Large Hadron Collider), et a été crée pour l’étude des collisions d’ions lourds. Les
collisions d’ions lourds permettent de recréer en laboratoire un état de la matière appelé Quark Gluon
Plasma (QGP), où quarks et gluons sont déconfinés. En raison de la durée de vie extrêmement courte du
QGP, nous ne pouvons l’étudier directement. En ce sens, les quarks lourds sont d’un intérêt particulier
car ils sont produits au cours des processus durs, au début de la collision, et donc interagissent avec
le QGP tout au long de son évolution. Nous étudions les hadrons charmés et beaux à travers leurs
canaux de désintégrations semi-muoniques (μ), détectés par le spectromètre à muon d’ALICE. Une des
limitations actuelles du spectromètre à muon est l’impossibilité de séparer les muons provenant des
saveurs lourdes charmées et belles. L’un des upgrades d’ALICE prévus pour le run III du LHC (qui
débutera en 2019) est le Muon Forward Tracker (MFT). Ce détecteur sera utilisé en conjonction avec
le spectromètre à muon et les futures détecteurs de l’Inner Tracking System, dans le tonneau central,
et permettra d’améliorer plusieurs mesures. En particulier, il rendra possible la séparation des saveurs
lourdes charmées et belles, via leur canaux de désintégration semi-muoniques. Une telle séparation
permettrait de vérifier plusieurs prédictions théoriques, et plus généralement, cela nous donnerais plus
de détails sur le QGP. Dans cette étude, nous évaluons les futures performances du MFT en collisions
Pb-Pb pour la mesure des saveurs lourdes charmées et belles, en utilisant les distributions d’offset,
en dimuon. Nous partons d’une simulation Monte-Carlo réalisée dans des conditions similaires à celles
prévues pour le run III d’ALICE. Nous en extrayons les distributions d’offset en dimuon, et évaluons les
incertitudes associées à l’extraction des saveurs lourdes charmées et belles, dans deux régions en masse
invariantes et plusieurs intervalles en impulsion transverses dimuoniques (pμμT).
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