Confronting heavy-ion models with experimental data from LHC

Abstract

The purpose of heavy-ion physics is to study the properties of strong interaction and matter under the extreme conditions that prevailed within a few millionths of a second after the Big Bang. These extreme conditions can be created when two relativistic heavy ions collide and a special matter called quark-gluon plasma is formed. The thesis deals with confronting models of proton-proton and heavy-ion collisions with experimental data from LHC. The thesis starts with the definition of basic kinematic quantities. Then, the facts about the LHC and the ATLAS experiment are provided. In the next part, the physics background concerning jets and the quark-gluon plasma is explained. Conse- quently, the description of used Monte Carlo simulations - PYTHIA 8 for proton-proton and JEWEL for heavy-ion collisions is provided. The important part of the thesis was to implement an analysis within the Rivet framework, which is described in the next part of the thesis. The implemented analysis was applied to data from simulations and the resulting distributions were compared to experimental data. As to results, PYTHIA 8 can describe well experimental jet spectra in proton-proton collisions. However, JEWEL does not describe heavy-ion collisions well, which is shown by the significant suppression of the jet spectrum from the...

Účelom ťažko-iónovej fyziky je štúdium vlastností silnej interakcie a hmoty za ex- trémnych podmienok, ktoré prevládali pár milióntin sekundy po veľkom tresku. Tieto extrémne podmienky môžu byť vytvorené pri zrážke dvoch ultrarelativistických ťažkých iónov, pričom vzniká nová forma hmoty, nazývaná kvark-gluónová plazma. Táto práca sa zaoberá validáciou modelov protón-protónových a ťažko-iónových zrážok pomocou dát z LHC. Na začiatku peáce sú definované základné kinematické veličiny. Potom sú zhrnuté fakty o LHC a experimente ATLAS. V ďalšej časti práce je vysvetlená fyzika jetov a kvark-gluónovej plazmy. Následne sú popísané použité Monte Carlo simulácie - PYTHIA 8 pre protón-protónové zrážky a JEWEL pre zrážky ťažkých iónov. Dôleži- tou časťou práce bolo implementovať analýzu v rámci frameworku Rivet, čo je popísané v ďalšej časti práce. Implementovaná analýza bola aplikovaná na dáta zo simulácií a výsledné distribúcie boli porovnané s experimentálnymi dátami. Čo sa týka výsledkov, PYTHIA 8 popisuje spektrá jetov z experimentu z protón-protónových zrážok dobre. Na druhej strane, JEWEL zrážky ťažkých iónov dobre nepopisuje, čo vyplýva z výrazného potlačenia spektier jetov zo simulácii vzhľadom k nameraným spektrám. 1