Produzione dell J/psi in eventi ad elevata molteplicità in collisione protone-protone presso l'esperimento ALICE.

I calcoli della Cromodinamica Quantistica (QCD) prevedono che, a temperature dell'ordine di 150-170 MeV e a densità sufficientemente elevate, la materia nucleare ordinaria attraversi una transizione di fase nella quale i quark e i gluoni non sono più confinati all'interno degli adroni, ma si comportano come particelle libere. Questo stato della materia è noto come Quark Gluon Plasma (QGP), ed è senza dubbio uno degli argomenti più trattati nell'ambito della Fisica delle Alte Energie. In particolare, una delle più importanti "firme" della formazione del plasma di quark e gluoni è la soppressione della risonanza J/psi, proposta per la prima volta da Matsui e Satz nel 1986. L'esperimento ALICE, presso il Large Hadron Collider (LHC) del CERN di Ginevra, è stato realizzato allo scopo di studiare le caratteristiche di questo stato della materia. Nonostante sia stato concepito principalmente per lo studio di collisioni di ioni pesanti, l'esperimento ALICE, nel primo anno di presa dati, ha permesso di ottenere dati utili in collisioni protone-protone. In questo lavoro, in particolare, lo studio della J/psi è stato realizzato utilizzando i dati ottenuti in collisioni p-p a sqrt(s)=7 TeV. Il lavoro di questa Tesi è articolato nel seguente modo. Nel primo capitolo verranno presentati gli aspetti fondamentali relativi al Quark Gluon Plasma e i principali segnali che determinano la sua formazione. I paragrafi successivi sono dedicati alla risonanza J/psi e la sua importanza per gli studi del QGP. I primi risultati hanno dimostrato che a LHC, in collisioni p-p, è possibile raggiungere densità di energia confrontabili con quelle ottenute a RHIC in collisioni Cu-Cu: diventa quindi interessante studiare i segnali relativi alla formazione del Quark Gluon Plasma anche in collisioni p-p. Il secondo capitolo è dedicato alla presentazione delle caratteristiche dell'esperimento ALICE. Nella prima parte verrà proposta una breve descrizione dei sottorivelatori che compongono l'esperimento, nella seconda parte verrà fornita una descrizione dettagliata dei rivelatori utilizzati in questo lavoro, ossia dello Spettrometro per Muoni e del Silicon Pixel Detector (SPD). Il terzo capitolo è dedicato all'analisi dei dati ottenuti ad ALICE in collisioni p-p a sqrt(s) =7 TeV di energia. Presenterò le tecniche utilizzate per il fit dello spettro di massa invariante e per la sottrazione del fondo. In seguito mi sono occupato dello studio della molteplicità carica associata alla produzione della J/psi, utilizzando la tecnica delle ¿side windows¿ per stimare il fondo. Sarà poi presentato uno studio del momento trasverso della J/psi in funzione della molteplicità carica. Nel quarto capitolo presenterò uno studio della J/psi tramite l'utilizzo delle simulazioni. In particolare ho utilizzato Pythia per generare eventi minimum bias ed eventi in cui viene forzata la produzione della J/psi. Dato che i risultati ottenuti con quest'ultima tecnica non sono confrontabili con i risultati sperimentali, è stato analizzato anche un campione minimum bias ad elevata statistica, nel quale la produzione della J/psi non viene forzata. Nella parte finale di questo lavoro troviamo una breve appendice in cui discuto lo studio della produzione della J/psi in funzione della molteplicità.

Quantum Chromo Dynamics (QCD) calculations predict that strongly interacting nuclear matter, at temperatures of about 150-170 MeV and at sufficiently high density, undergoes a transition to a state where quarks and gluons are no longer confined inside the hadrons, but behave like free particles. This state of matter is called Quark Gluon Plasma (QGP) and it is one of the most interesting phenomena of the High Energy Physics. In particular, one of the most important signature of the QGP formation is the suppression of the J/psi resonance, proposed by Matsui and Satz in 1986. The ALICE experiment, at the Large Hadron Collider (LHC) at CERN, has been conceived to study the features of this state of matter. Even though it was designed to study heavy ion collisions, the ALICE experiment, during the first year of data taking in 2010, provided a lot of data also in proton-proton collisions. In this work I study the J/psi production using data taken with the muon spectrometer and the central barrel detectors, in p-p collisions at sqrt(s)=7 TeV. The Thesis is organized in the following way: In the first chapter I will present the main features of the Quark Gluon Plasma and the signatures linked to its formation. In particular I will show the main feature of the J/psi resonance, and its importance for QGP studies. With the advent of LHC, even in p-p collisions, the required conditions for the phase transition to the QGP may be reached. Preliminary evaluations show that energy densities similar to those obtained at RHIC for Cu-Cu collisions can be obtained selecting p-p events with a high charged-particle multiplicity. The second chapter is dedicated to the ALICE experiment. I will present a brief description of the subdetector systems; then I will describe the muon spectrometer and the Silicon Pixel Detector (SPD) in a more detailed way (since they are used in this work). In the third chapter I'll present the analysis of the ALICE experimental data, obtained with p-p collisions at sqrt(s)=7 TeV. I will first show the techniques used to fit the invariant mass spectra in order to separate the signal contribution from the background. Then I will deal with the study of the charged multiplicity associated to the J/psi production, using the ¿side windows¿ technique to estimate the background. Finally, I will present a study of the transverse momentum distributions of the J/psi as a function of the associated charged multiplicity. The fourth chapter is dedicated to the study of the J/psi production in simulations and to the comparison with the results from data analysis. I used Pythia as external generator to produce minimum bias samples and events in which I force the J/psi production. However, since the results obtained with this technique are clearly incompatible with the experimental results, I also analyzed a very large sample of minimum bias Pythia events containing an unforced J/psi sample, available on the GRID. Finally, an explorative study of the J/psi yield as a function of the multiplicity is presented.