Femtoscopic analysis in heavy ion collisions with CMS Open Data

Abstract

A femtoscopia é um método que usa correlações de partículas para sondar o tamanho e formato da fonte emissora, e a interação entre hádrons. Primeiramente, o método foi proposto na radioastronomia durante os anos 50 para medidas da dimensão de estrelas por Hanbury-Brown e Twiss, conhecido como Efeito HBT. Posteriormente, o fenômeno foi independentemente observado em 1960 por Goldhaber, Goldhaber, Lee e Pais em colisões hadrônicas de altas energias, e considerava apenas propriedades da estatística quântica para partículas idênticas ao medir correlações enter píons idênticos. Entretanto, as observações experimentais sugeriram que a correlação também seria sensível a interações de estados finais, como interação forte entre os hádrons e coulombiana entre partículas carregadas, definindo assim, a correlação femtoscópica. Ao analisar colisões em física de altas energias, um parâmetro que deve ser considerado é a centralidade da colisão, ou seja, o grau de superposição entre os núcleos que colidem. Nesse contexto, é possível estabelecer a relação entre a centralidade e o tamanho da fonte emissora por meio da função de correlação. Neste trabalho, as correlações são determinadas pela técnica de single ratio usando o mixing como amostra de referência. Os resultados são comparados com a double ratio, a qual também foi medida. A função de correlação, em ambos os casos, foi estabelecida para diferentes intervalos de centralidades, desde colisões semi-centrais até colisões centrais, em um regime de colisões de PbPb. A base de dados utilizada está disponível para uso público através do CMS Open Data Portal. Os dados foram coletados em 2010 durante o Run 1 do LHC, pela Colaboração CMS a $\sqrt{s_{NN}} = 2.76$ TeV em PbPb. Por fim, o resultado esperado do trabalho é de evidenciar a variação do tamanho aparente da fonte emissora de partículas e sua variação com a centralidade, assim como os dois métodos levam a resultados ligeiramente diferentes.

Femtoscopy is a tool that uses particle correlation function to probe the size and shape of particles emitting sources, and the interaction between hadrons The method was originally proposed to be used in radio astronomy in the 1950's by Hanbury-Brown and Twiss, the so called HBT Effect, for measuring stellar dimensions. An equivalent effect was independently observed in 1960 by Goldhaber, Goldhaber, Lee and Pais in high energy hadronic collisions, which took into account quantum statistics contributions for identical particles by measuring identical pions correlations. However, additional studies showed that the correlation could also be sensitive to final state interactions, such as strong and Coulomb between charged hadrons, giving the origin to femtoscopic correlations. While studying high energy collisions, it is necessary to consider the variable called centrality, that is the level of superposition of the two colliding nuclei. In this context, femtoscopy allows to establish the relation between collision centrality and the emitting source size using the correlation function. In this work, the correlation functions are measured by the single ratio technique using mixing as reference sample. The results are compared with the double ratio technique, which was also measured. The correlation function, in both techniques, was measured for different centralities ranges, from peripheral to central PbPb collisions. The dataset is available for public usage in the CMS Open Data Portal. The data was collected in 2010 during LHC Run 1, by the CMS Detector at $\sqrt{s_{NN}} = 2.76$ TeV at PbPb collisions. The expected results are to evidence the source size variation with centrality and how the two approaches lead to slightly different results.