Measurement of the D0 meson production in Pb-Pb and p-Pb collisions with the ALICE experiment at the LHC

La tesi presenta la misura della produzione di mesoni D0 rispetto al piano di reazione in collisioni Pb–Pb all’energia nel centro di massa di sqrt(sNN) = 2.76 TeV per coppia di nucleoni e la misura della produzione di D0 in collisioni p–Pb all’energia di sqrt(sNN) = 5.02 TeV con l’esperimento ALICE situato al Large Hadron Collider del CERN. L’anisotropia azimutale dei mesoni D0 rispetto al piano di reazione è sensibile alle interazioni del quark charm con il mezzo ad alta densità e fortemente interagente prodotto in collisioni tra ioni pesanti ad energia ultra-relativistica e, di conseguenza, alle proprietà di questo stato della materia. In particolare, permette di stabilire se i quark charm partecipano all’espansione collettiva del sistema e se raggiungono l’equilibrio termico con i costituenti del mezzo. L’anisotropia azimutale è quantificata tramite il secondo coefficiente v2 dello sviluppo in serie di Fourier della distribuzione azimutale dei mesoni D0 e tramite la misura del fattore di modifica nucleare RAA nel piano di reazione e nella direzione ortogonale ad esso. La misura della produzione di D0 in collisioni p–Pb permette di studiare gli effetti indotti dalla materia nucleare fredda, in modo da poterli distinguere da quelli indotti dal mezzo denso fortemente interagente prodotto in collisioni Pb–Pb. La produzione di mesoni D0 è stata misurata attraverso la ricostruzione dei decadimenti adronici a due corpi D0 → K−π+ nella regione centrale di rapidità, sfruttando la separazione dei vertici secondari di decadimento rispetto al vertice primario d’interazione. Il segnale è stato ottenuto attraverso un’analisi della distribuzione di massa invariante e corretto per l’efficienza di ricostruzione e selezione dei decadimenti. Il coefficiente di flusso ellittico v2 dei mesoni D0 misurato in collisioni Pb–Pb nella classe di centralià 30–50% è positivo, il valore medio nell’intervallo 2 < pT < 6 GeV/c è pari a 0.204 + 0.099 - 0.036. Di conseguenza, il fattore di modifica nucleare è minore nella direzione ortogonale al piano di reazione. Il v2 osservato decresce all’aumentare della centralità delle collisioni. Il v2 e l’RAA misurato in due regioni azimutali ortogonali rispetto al piano di reazione sono stati confrontati con calcoli teorici per il trasporto e la perdita di energia dei quark charm nella materia densa fortemente interagente. L’anisotropia osservata è descritta dai modelli che includono le interazioni elastiche tra i quark all’interno di un mezzo in espansione. Il fattore di modifica nucleare dei mesoni D0 RpPb è compatibile con l’unità entro le incertezze. RpPb è stato confrontato con predizioni teoriche che descrivono gli effetti di stato iniziale e con il fattore di modifica nucleare misurato in collisioni Pb–Pb centrali. I risultati sono consistenti con effetti dovuti alla modifica delle funzioni di distribuzione partoniche all’interno dei nucleoni legati e dimostrano che la modifica della distribuzione del momento trasverso dei mesoni D osservata in collisioni Pb–Pb rispetto a quella in collisioni pp è dovuta alla perdita di energia dei quark charm nel mezzo denso fortemente interagente.