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Λ+c production in proton–proton collisions at √s = 13 TeV with the ALICE experiment and Virtual Monte Carlo developments for LHC Run 3 and 4

Völkel, Benedikt

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The production of prompt Λ+c hadrons at midrapidity |y| < 0.5 in proton–proton collisions at √s = 13 TeV as a function of charged-particle multiplicity is presented. Also analogous measurements of D0 and D+s production are currently being carried out and the D+s/D0 as well as the Λ+c/D0 production ratios are discussed. In contrast to the D+s/D0 production ratio, the Λc+/D0 production ratio shows an increase with increasing multiplicity. In addition, its ratio is significantly underestimated by predictions where fragmentation is tuned to e+e− and e−p measurements. On the other hand, comparisons with a canonical approach of a statistical hadronisation model with augmented baryon production as well as with a fragmentation model implementing colour reconnection beyond leading colour approximation are shown to qualitatively describe the shape and multiplicity dependence. The Λ+c/D0 ratio is similar in shape and magnitude compared to the light-flavour ratio Λ/KS0 measured at comparable multiplicities. Together, these results indicate (i) hadronisation mechanisms beyond pure in-vacuum fragmentation in pp collisions as well as (ii) potential common mechanisms of baryon formation in the light-flavour and heavy-flavour sector.

The Virtual Monte Carlo (VMC) detector simulation framework which is used by the ALICE and FAIR collaboration has been extended to support track partitioning among multiple different simulation engines. Before, it was only possible to use one chosen engine for the entire event simulation. Especially in view of the coming LHC Run 3 and 4, faster simulations are crucial to cope with the expected increase of experimental data. The enhanced VMC framework is now capable of running full-simulation together with fast-simulations. Based on specified user conditions, the simulation of single tracks can be transferred from full-simulations to be handled by fast-simulations when feasible to speed-up the detector simulation.

Translation of abstract (German)

Es wird die Λ+c Produktion bei zentraler Rapidität |y| < 0.5 in Proton–Proton (pp) Kollisionen bei √s = 13 TeV als Funktion der Multiplizität geladener Teilchen mit dem ALICE Detektor vorgestellt. Analog werden derzeit ebenfalls die Messungen der D0 and D+s Produktionsraten durchgeführt und die Produktionsverhältnisse D+s/D0 und Λ+c/D0 werden diskutiert. Im Gegensatz zu dem Produktionsverhältnis D+s/D0 zeigt das Verhältnis Λc+/D0 einen Anstieg mit wachsender Multiplizität. Modellvorhersagen, deren Fragmentationsprozess an Messungen in e+e− und e−p Kollisionen angpasst ist, unterschätzen das Verhältnis deutlich. Vorhersagen eines Ansatzes basierend auf der kanonischen Behandlung durch ein statistisches Hadronisierungsmodell, unter Hinzunahme weiterer Baryonzustände, als auch eines Fragmentationsmodells, das Farbladungsverbindungen in höherer Ordnung implementiert, können den Anstieg und die Abhängigkeit mit der Multiplizität hingegen qualitativ beschreiben. Darüberhinaus zeigt das Produktionsverhältnis Λ+c/D0 einen ähnlichen Verlauf und eine ähnliche Größenordnung im Vergleich mit dem light-flavour Λ/K0S Produktionsverhältnis. Zusammen deuten diese Ergebnisse auf (i) Hadronisierungsmechanismen hin, die über die reine Fragmentation in pp Kollisionen hinausgehen und (ii) legen möglicherweise gemeinsame Mechanismen im heavy-flavour und light-flavour Sektor nahe.

Das Virtual Monte Carlo (VMC) Detektorsimulations-Framework, das sowohl von ALICE als auch von der FAIR Kollaboration genutzt wird, wurde erweitert, um die Partitionierung einzelner Tracks zwischen unterschiedlichen Simulationengines zu ermöglichen. Schnellere Detektorsimlationen sind vor allem im Hinblick auf LHC Run 3 und 4 ausschlaggebend, um den erwarteten signifikanten Anstieg experimenteller Daten zu bewältigen. Mit dem weiterentwickelten VMC-Framework ist es nun möglich, Full-Simulationengines und Fast-Simulationengines zu kombinieren. Die Simulation einzelner Tracks kann basierend auf individuellen Bedingungen von Full- an Fast-Simulationengine abgegeben werden um die Detektorsimulation zu beschleunigen.

Document type: Dissertation
Supervisor: Stachel, Prof. Dr. Johanna
Place of Publication: Heidelberg
Date of thesis defense: 30 June 2021
Date Deposited: 11 Aug 2021 16:18
Date: 2021
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute of Physics
DDC-classification: 500 Natural sciences and mathematics
530 Physics
Controlled Keywords: Elementarteilchenphysik, Simulation, Schwerionenphysik, LHC, CERN
Uncontrolled Keywords: ALICE, Virtual Monte Carlo
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