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Measurements of particle production and particle correlations in proton-proton and proton-ion collisions with LHCb

Meißner, Marco

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Abstract

In this thesis, measurements of particle production and particle correlations using proton-proton (pp) and proton-ion (pPb) collisions recorded with the LHCb experiment at the Large Hadron Collider are presented. The charged particle multiplicity and the differential charged particle density are studied in pp collisions at a centre-of-mass energy of sqrt{s}=7TeV. The measurement is performed for events with at least one charged particle in the kinematic range of p>2 GeV/c, pT>0.2 GeV/c and 2.0<Eta<4.8. The mean particle multiplicity, mu, and the corresponding root-mean-square deviation, sigma, are measured to be mu=11.30+-0.01+-0.09 and sigma=9.50+-0.01+-0.02, where the uncertainties are statistical and systematic, respectively. Results for particle multiplicities and particle densities are presented as functions of Eta and pT of the particles, and are compared to predictions from different Monte Carlo event generators. Furthermore, a measurement of two-particle angular correlations is performed by using charged particles produced in pPb collisions at a nucleon-nucleon centre-of-mass energy of sqrt{s_NN}=5.02TeV. Data with two different beam configurations are analysed, in which either the proton or the nucleus remnant is traversing the LHCb detector. The particle correlations are measured using the azimuthal angle separation, dEta, and pseudorapidity separation, dPhi. The emergence of a correlation structure on the near side (dPhi=0), elongated over a long range in dEta is observed for particles in a pT-range of 1-3 GeV/c in events exhibiting a high particle multiplicity. This measurement is the first observation of the near-side ridge in pPb collisions in the forward region and complements similar observations in pp and pPb collisions in the central rapidity region.

Translation of abstract (German)

In vorliegender Arbeit werden Messungen von Teilchenproduktion und Teilchenkorrelationen vorgestellt, die auf am LHCb-Experiment am Large Hadron Collider gewonnenen Daten aus Proton-Proton (pp) und Proton-Ionen (pPb) Kollisionen basieren. Die Multiplizität sowie die differenzielle Dichte geladener Teilchen werden in pp Kollisionen bei einer Schwerpunktsenergie von sqrt{s}=7TeV bestimmt. Die Messung basiert auf Ereignissen mit mindestens einem geladenen Teilchen im kinematischen Bereich von p>2GeV/c, pT>0.2GeV/c und 2.0<Eta<4.8. Die mittlere Teilchenmultiplizität Mu und die Breite der Verteilung Sigma werden hierbei zu Mu=11.30+-0.01+-0.09 und Sigma=9.50+-0.01+-0.02 ermittelt, wobei die angegebenen Fehler jeweils statistischen bzw. systematischen Ursprungs sind. Die Messergebnisse für die Teilchenmultiplizität und die differenzielle Teilchendichte werden als Funktion von Eta und pT der Teilchen präsentiert und mit Vorhersagen verschiedener Monte Carlo Ereignisgeneratoren verglichen. Im Weiteren wird eine Messung von Zwei-Teilchen Winkelkorrelationen vorgestellt, welche für geladene Teilchen aus pPb Kollisionen bei einer Nukleon-Nukleon Schwerpunktsenergie von sqrt{s_NN}=5.02TeV bestimmt wird. Hierfür werden Daten mit zwei verschiedenen Strahlkonfigurationen analysiert, in welchen entweder Proton- oder Bleikernfragmente den LHCb-Detektor durchqueren. Die Teilchenkorrelationen werden als Azimuthalwinkeldifferenz dEta und Pseudorapiditätssdifferenz dPhi zweier Teilchen gemessen. In Kollisionen mit einer hohen Aktivität wird für Teilchen mit einem Transversalimpuls im Bereich von 1-3GeV/c die Entstehung einer Korrelationsstruktur bei dPhi=0 nachgewiesen, die sich über einen großen dEta-Bereich ersteckt. Diese Messung ist der erste Nachweis des sogenannten near-side ridge in pPb Kollisionen im kinematischen Vorwärtsbereich und ergänzt vergleichbare Beobachtungen in pp und pPb Kollisionen im zentralen Rapiditätsbereich.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Uwer, Prof. Dr. Ulrich
Place of Publication: Heidelberg
Date of thesis defense: 5 February 2015
Date Deposited: 10 Mar 2015 09:16
Date: 2015
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Dekanat der Fakultät für Physik und Astronomie
The Faculty of Physics and Astronomy > Institute of Physics
Subjects: 530 Physics
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