Study of Charmonium-Jet Correlations with the ATLAS Experiment at the LHC

Abstract

Charmonia jsou vázané stavy kvarků cc̄, které jsou známy již více než pa- desát let. Produkce charmonií v ultrarelativistických srážkách těžkých iontů představuje významnou sondu vlastností kvark-gluonového plazmatu. Přítomnost kvark-gluonového plazmatu ve srážkách těžkých iontů vede k silnému potlačení produkce charmonií. De- tailní porozumění produkci charmonií je proto nezbytné pro úplnou interpretaci potlačení charmonií ve srážkách těžkých iontů. Tato práce představuje měření produkce a potla- čení prompt a non-prompt mezonů J/ψ asociovaných s jety ve srážkách pp a Pb+Pb při energii √ sNN = 5.02 TeV zaznamenaných experimentem ATLAS na urychlovači LHC. Měření je provedeno v dimuonovém rozpadovém kanálu. Mezony J/ψ jsou klasifikovány jako izolované nebo neizolované na základě nepřítomnosti, respektive přítomnosti jetu s příčnou hybností vyšší než 20 GeV rekonstruovaného bez příspěvku mezonu J/ψ v oblasti ∆R ≤ 0.4 od J/ψ. Jsou prezentovány výtěžky mezonů J/ψ ve srážkách Pb+Pb a účinné průřezy ve srážkách pp, společně s podílem izolovaných mezonů J/ψ a jaderným modifi- kačním faktorem. Více než 60% prompt i non-prompt J/ψ mezonů je izolováno od jetů. Silné potlačení mezonů J/ψ je pozorováno i při příčné hybnosti 60 GeV, přičemž potla- čení je výraznější pro neizolované mezony J/ψ než pro...

Charmonia are bound states of cc̄ quarks that have been known for more than fifty years. The production of charmonia in ultra-relativistic heavy-ion collisions is a powerful probe of the properties of the quark-gluon plasma. The presence of the quark-gluon plasma in heavy-ion collisions leads to a strong suppression of charmonium production. A detailed understanding of charmonium production is therefore necessary for a complete interpretation of charmonium suppression in heavy-ion collisions. This thesis presents a measurement of the production and suppression of prompt and non- prompt J/ψ mesons in association with jets in pp and Pb+Pb collisions at collisional energy of √ sNN = 5.02 TeV recorded by the ATLAS experiment at the LHC. The mea- surement is performed in the dimuon decay channel. The J/ψ mesons are classified as isolated or non-isolated based on the absence or presence of a jet with transverse mo- mentum of 20 GeV, reconstructed without the contribution from the J/ψ meson, within ∆R ≤ 0.4 of the J/ψ candidate. The J/ψ yields in Pb+Pb collisions and cross sections in pp collisions are presented, together with the fraction of isolated J/ψ mesons and the nuclear modification factor. More than 60% of prompt and non-prompt J/ψ mesons are found to be isolated from jets. Strong J/ψ...