Demokratik Ulus Kimliği

A identificação de elétrons começa pela determinação da carga e momento da partícula utilizando-se o TPC. Assim, candidatos a elétrons são distinguíveis de candidados a pósitrons. Portanto, é possível que pares de elétrons e pósitrons sejam isolados para a reconstrução do J/ψ. Não obstante, visto que os sinais utilizados para PID dos detectores não dependem da carga, deve-se entender, nesta seção, que o termo elétron refere-se tanto à partícula quanto à antipartícula, o pósitron.

4.2 Identificação de elétrons no ALICE 77 • TPC – Perda de energia por unidade de comprimento no gás no detector (dE/dx ). Para o caso de elétrons, a banda correspondente é basicamente invariável em função do mo- mento da trajetória. No entanto, para momentos mais altos (p > 3 GeV/c), existe uma grande contaminação de partículas, sobretudo, píons, os quais são muito mais abundantes do que elétrons (veja um exemplo da distribuição de dE/dx na figura 4.1(a));

• TOF – Medida do tempo de voo da partícula. Em geral, funciona bem na região de momento entre 0,5 a 4,0 GeV/c, separando elétrons de káons e prótons; discriminação de elétrons/píons apenas para momentos mais baixos, p < 1 GeV/c [48].

• TRD – Medida de transição de radiação. Acredita-se que haja uma boa discriminação de elétrons/hádrons no TRD para momentos entre 2 GeV/c até um pouco abaixo de 10 GeV/c;

• Medida de E/p (Energia no EMCal e momento no TPC), cuja distribuição é próxima de 1 apenas para elétrons, pois píons depositam uma pequena fração de sua energia no calorímetro. No EMCal, é possível distinguir elétrons de hádrons, com energia de 1 GeV até algumas dezenas de GeV.

Nesta seção, há um enfoque nos métodos de PID do EMCal e TPC. O TRD, apesar de ser conceitualmente importante para as análises de J/ψ, não estava pronto para ser utilizado nesta análise. Além disso, como os resultados expostos neste trabalho valem-se de eventos sele- cionados pelo trigger do EMCal, exige-se que, ao menos, uma das filhas do J/ψ tenha energia no EMCal compatível com a seleção do trigger (como explicado adiante) e seja candidata a elétron por meio de PID do EMCal. Consequentemente, o PID do TRD torna-se menos rele- vante. O TOF, pelo fato de trabalhar em uma região limitada de momento para separar elétrons de píons, também não trouxe muito ganho a esta análise.

4.2.1

A identificação de elétrons no TPC

O principal detector para PID de elétrons no ALICE é o TPC. Ele se vale da ionização gerada pelas partículas carregadas com o gás do detector. A distribuição da perda de ener- gia média por comprimento percorrido pela partícula, hdE/dxi, pode ser relacionada com a velocidade β da partícula por meio da equação de Bethe-Bloch [49]:

 dE dx  = C1 β2{ln(C2β 2_γ2 ) − β2+ C3} (4.3)

Sendo que C1, C2 e C3 são constantes que dependem das características do detector, γ =

1/p1 − β2_{e β é a velocidade da partícula.}

A combinação do valor medido de dE/dx com o momento da partícula depende intrin- secamente da massa da partícula. Como pode ser observado na figura 4.1(a), dependendo da faixa de momento, é possível distinguir entre 5 partículas diferentes no TPC: píons, káons, elétrons, prótons e dêuterons, sendo que a faixa de elétrons é praticamente constante em função do momento.

Na proporção que se aumenta o momento das partículas, a faixa de píons – que é a partícula mais abundante oriunda das colisões no LHC – sobrepõe a faixa de elétrons, dificultando a obtenção de uma amostra pura de elétrons; nesta região, passa a ser bastante importante a adoção de métodos de PID de outros detectores, tais como o EMCal e o TRD. No que se refere a partículas com baixo momento – a saber, momento abaixo de 1 GeV/c – observa-se, pela mesma figura, que existe contaminação de káons e prótons. Geralmente, utiliza-se o detector TOF para melhorar a pureza nesta região; o TOF não é muito importante para a análise de J/ψ, porque a cinemática do J/ψ favorece partículas filhas com momento acima de 1 GeV/c.

Em análises envolvendo PID de partículas, costuma-se utilizar a diferença entre o valor medido de dE/dx para uma dada trajetória e o valor esperado de dE/dx para uma determinada partícula. Esse valor é representado em termos da resolução experimental para essa medida σT P C

particula1 Para o caso de elétrons no TPC, essa seleção pode ser representada pelo NσT P Cele ,

como segue :

N σT P C

ele = dE/dx − hdE/dxi ele

σele

(4.4) Sendo que,

• σeleé o valor da largura da distribuição ajustada aos dados correspondentes a elétrons.

• hdE/dxieleé o valor médio da distribuição ajustada aos dados.

• dE/dx é o valor medido para uma dada trajetória. 1_{Doravante, serão utilizadas sempre as seguintes terminologias Nσ}T P C

4.2 Identificação de elétrons no ALICE 79 Desta forma, a distribuição de elétrons é centrada em torno de zero. A figura 4.1(b) mostra como tal distribuição é representada.

(a) dE/dx do TPC x p [48] (b) N σT P C

ele para elétrons [48] Figura 4.1:Distribuição do dE/dx do TPC (a) e N σ_eleT P Ccomo função do momento em colisões próton-próton a 7 TeV (eventos Minimum Bias de 2010 [48]). As linhas cheias da figura (a) representam as curvas de Bethe-Bloch [49] para as diferentes partículas: elétrons (e), píons (π), káons (K), prótons (p) e dêuterons (d).

4.2.2

A identificação de elétrons no EMCal

Cada cluster do EMCal possui uma medida da energia depositada que depende da partícula em questão. Desta forma, pode-se associar uma partícula a um determinado cluster, ou seja, identificar qual partícula excitou o detector. Os elétrons depositam praticamente toda a energia no detector, ao passo que os hádrons depositam apenas uma parcela pequena de sua energia [38]. A discriminação entre elétrons e hádrons é possível em virtude dessa característica da interação dos elétrons com o calorímetro em conjunto com o seu momento obtido a partir da trajetória reconstruída pelo TPC. A distribuição de E/p deve ser próxima de 1 para elétrons, ao passo que deve ser < 1 para hádrons.

A estratégia utilizada para as análises envolvendo elétrons com o EMCal é a combinação entre o PID do TPC (por meio de dE/dx) e do EMCal (E/p). A figura 4.2 mostra a distribuição de E/p para elétrons e píons, tanto com dados de simulação quanto com dados reais. Percebe- se nitidamente como é possível aplicar um corte no valor de E/p para distinguir os elétrons dos hádrons. Na figura 4.3, observa-se a resolução do pico de E/p para elétrons (σEM Cal

ele ) como

função do pT. Ela melhora com o aumento do pT da partícula (até pelo menos 10 GeV/c), em

tanto, porque a resolução da trajetória do TPC piora um pouco (como observado pelos pontos tracejados em verde na figura).

Figura 4.2: E/p para elétrons e píons com 2,5 < pT < 3.0 GeV/c, sendo que a curva cheia

corresponde aos dados reais e as curvas tracejadas à simulação do experimento, para colisões próton-próton com √s = 7 TeV.

Figura 4.3:Resolução do pico de E/p para elétrons, dados reais (triângulos) comparados com a simulação (círculos), para colisões próton-próton com √s = 7 TeV. As curvas tracejadas mostram a resolução em energia do EMCal (curva magenta) e a resolução em momento do TPC (curva verde).

Como ocorre com o TPC, costuma-se utilizar a difrença entre o valor de E/p obtido para um dado par trajetória-cluster e o valor esperado de E/p (hE/piele) para elétrons. Determina-se,

4.3 Reconstrução de estados ligados 81