Relativistic Langevin dynamics: charm versus beauty

The production of heavy quarks (charm and beauty) provides unique insights into the transport properties of the Quark-Gluon Plasma (QGP) in heavy-ion collisions. Experimentally, the nuclear modification factor ${{R}_{\rm AA}}$ and the azimuthal anisotropy coefficient ${v}_{\rm 2}$ of heavy-flavor mesons are powerful observables to study the medium-related effects, such as energy loss and collectivity, on the heavy quark propagation through the QGP evolution. The latest measurements of the prompt and non-prompt open heavy-flavor hadrons allow a systematic comparison of the transport behaviors probed by charm and beauty quarks. In this work we make such an attempt utilizing our recently developed framework. By performing a quantitative investigation of ${{R}_{\rm AA}}$ and ${v}_{\rm 2}$, it is found that both charm and beauty quarks are efficient probes to capture the dynamical features of QGP, in particular the resulting mass hierarchy for the energy loss and azimuthal anisotropy, which are well inherited by the various $D/B$-meson species. Moreover, our calculations can describe simultaneously ${{R}_{\rm AA}}$ and ${v}_{\rm 2}$ data for the prompt and non-prompt $D^{0}$ mesons in central ($0-10\%$) and semi-central ($30-50\%$) Pb--Pb collisions at $\sqrt{s_{\rm NN}}=5.02~{\rm TeV}$. The predictions for $B$-meson observables for upcoming experimental tests are also made down to the low momentum region.Comment: 9 pages, 8 figure

Probing the transport properties of Quark-Gluon Plasma via heavy-flavor Boltzmann and Langevin dynamics

The heavy quark propagation behavior inside the quark-gluon plasma (QGP), is usually described in terms of the Boltzmann dynamics, which can be reduced to the Langevin approach by assuming a small momentum transfer for the scattering processes between heavy quarks and the QGP constituents. In this work, the temperature and energy dependence of the transport coefficients are calculated in the framework of both Boltzmann and Langevin dynamics. The derived transport coefficients are found to be systematically larger in the Boltzmann approach as compared with the Langevin, in particular in the high temperature and high energy region. Within each of the two theoretical frameworks, we simulate the charm quark production and the subsequent evolution processes in relativistic heavy-ion collisions. We find that the total in-medium energy loss is larger from the Langevin dynamics, resulting in a smaller (larger) $R_{\rm AA}$ at high (low) $p_{\rm T}$, for both the charm quark and heavy-flavor mesons. Meanwhile, the Boltzmann model is found to induce larger $v_{\rm 2}$, in particular at moderate $p_{\rm T}$, as well as stronger broadening behavior for the azimuthal distributions. By comparing the model calculations with available experimental measurements for D-mesons, we find that the Langevin approach is more favored by the $R_{\rm AA}$ data while the Boltzmann approach is more favored favor by the $v_{\rm 2}$ data. A simultaneous description of both observables appear challenging for both models.Comment: 14 pages, 12 figures; Accepted by Phys.Rev.

Neutral meson measurement in ALICE with EM-calorimeters in pp collisions at LHC energies

Sonder le plasma de quarks et de gluons et explorer ses propriétés thermiques comme son évolution dynamique sont les principaux objets des collisions d'ions lourds ultra-relativistes. La sonde électromagnétique dure est un outil expérimental bien établi. ALICE est l'une des quatre expériences principales du LHC, qui est dédiée aux collisions d'ions lourds d'énergie √SNN = 5,5 TeV. Les prises de données initiales avec des collisions pp à 900GeV(2009) et 7TeV(2010) sont des points de référence nécessaires. Dans la présente thèse, trois parties sont principalement concernées : 1) les taux de production brut de mésons neutres π0 (η) en 2γ et ω (782) -> π0γ-> 3 γ, ont été estimés, avec une configuration réaliste de détecteurs. Ces taux nous ont donné une référence importante avant la prise de données d'ALICE. Elle prouve également la possibilité de mesurer la η et ω (782) en dépit de l'acceptance limitée du calorimètre PHOS. 2) La chaîne de traitement, des données brutes à l'analyse physique des données, est étudiée pour une meilleure compréhension des détecteurs. Selon la conception spécifique de chaque calorimètre (PHOS et EMCal), ainsi que les stratégies d'extraction des mésons neutres par analyse de masse invariante, la forme de la gerbe et les coupures d'isolement sont étudiées. 3) D'après la statistique actuelle obtenue pour les collisions pp à 7TeV, ~ 390M événements min-bias sont analysés. En utilisant l'analyse de la masse invariante, le spectre des π0 est extrait à l'aide de PHOS, jusqu'à de hautes impulsions (pT~25GeV/c). Les incertitudes systématiques sont pour l'essentiel dues à l'étalonnage du niveau d'énergie absolue, la non-linéarité de la réponse de détecteur, les canaux défectueux et le pertes de π0 par conversion dans la matière. La section efficace de production des π0 est comparée aux calculs NLO. Les pics de masse du η et du ω(782) sont également observés. Les mesures initiales des mésons neutres sont cruciales pour l'étalonnage des calorimètres électromagnétiques. Elle est également liée à la quasi-totalité de la physique photon, comme l'excès aux photons directs, la mesure de flot et la physique des jets, etc. Dans les années qui suivent, ALICE va poursuivre la prise de données avec des collisions pp et PbPb. Une plus grande statistique sera acccumulée, ouvrant ainsi la porte à une physique très riche.Probing of the quark gluon plasma and exploring its thermal properties and dynamic evolution are the main objects in ultra-relativistic heavy-ion collisions. The hard electromagnetic probe is a well built detection. A Large Ion Collider Experiment (ALICE) is one of four main experiments at the LHC, which is dedicated on the heavy ion collisions at a top energy √SNN=5.5 TeV. The initial runs with pp collisions at 900 GeV (2009) and 7 TeV (2010) are necessary reference points. In the thesis, three parts are mainly involved : 1) the raw yield of neutral mesons by π0(η)->2γ and ω(782)->π0γ->3 γ with the realistic geometrical configuration were estimated. It gave us an important reference before the ALICE data-taking. It also proves the possibility to measure the η and ω(782) despite of its limited acceptance for PHOS. 2) The data processing chain from raw data to the physics analysis oriented are studied for a better understanding to the detectors. Depending on the different design of the PHOS and EMCAL, the strategies of the neutral mesons extraction by invariant mass analysis, shower shape analysis and isolation cut method are studied. 3) From the current statistics with pp collisions at 7 TeV, ~ 390 million min-bias events are analyzed. By using the invariant mass analysis, π0 spectrum is extracted up to pT range to 25~GeV/c with PHOS. The systematic uncertainties are estimated due to the absolute energy scale calibration, non-linearity response, bad channels and π0 conversion loss. The final π0 cross-section is compared with the NLO calculation. The η and ω(782) peak are also observed. The initial measurements of neutral mesons are crucial for the calibration of electromagnetic calorimeters. It is also related to almost all the photon physics, such as direct photon excess, flow measurement and jet physics etc. In the coming years, ALICE will continue with the data taking with pp and PbPb collisions. And more statistics and rich physics will come forth

Mesure de mésons neutres dans ALICE avec les calorimètres électromagnétiques dans les collisions pp aux énergies du LHC

Sonder le plasma de quarks et de gluons et explorer ses propriétés thermiques comme son évolution dynamique sont les principaux objets des collisions d'ions lourds ultra-relativistes. La sonde électromagnétique dure est un outil expérimental bien établi. ALICE est l'une des quatre expériences principales du LHC, qui est dédiée aux collisions d'ions lourds d'énergie SNN = 5,5 TeV. Les prises de données initiales avec des collisions pp à 900GeV(2009) et 7TeV(2010) sont des points de référence nécessaires. Dans la présente thèse, trois parties sont principalement concernées : 1) les taux de production brut de mésons neutres p0 ( ) en 2g et (782) -> p0g-> 3 g, ont été estimés, avec une configuration réaliste de détecteurs. Ces taux nous ont donné une référence importante avant la prise de données d'ALICE. Elle prouve également la possibilité de mesurer la et (782) en dépit de l'acceptance limitée du calorimètre PHOS. 2) La chaîne de traitement, des données brutes à l'analyse physique des données, est étudiée pour une meilleure compréhension des détecteurs. Selon la conception spécifique de chaque calorimètre (PHOS et EMCal), ainsi que les stratégies d'extraction des mésons neutres par analyse de masse invariante, la forme de la gerbe et les coupures d'isolement sont étudiées. 3) D'après la statistique actuelle obtenue pour les collisions pp à 7TeV, ~ 390M événements min-bias sont analysés. En utilisant l'analyse de la masse invariante, le spectre des p0 est extrait à l'aide de PHOS, jusqu'à de hautes impulsions (pT~25GeV/c). Les incertitudes systématiques sont pour l'essentiel dues à l'étalonnage du niveau d'énergie absolue, la non-linéarité de la réponse de détecteur, les canaux défectueux et le pertes de p0 par conversion dans la matière. La section efficace de production des p0 est comparée aux calculs NLO. Les pics de masse du et du (782) sont également observés. Les mesures initiales des mésons neutres sont cruciales pour l'étalonnage des calorimètres électromagnétiques. Elle est également liée à la quasi-totalité de la physique photon, comme l'excès aux photons directs, la mesure de flot et la physique des jets, etc. Dans les années qui suivent, ALICE va poursuivre la prise de données avec des collisions pp et PbPb. Une plus grande statistique sera accumulée, ouvrant ainsi la porte à une physique très riche.Probing of the quark gluon plasma and exploring its thermal properties and dynamic evolution are the main objects in ultra-relativistic heavy-ion collisions. The hard electromagnetic probe is a well built detection. A Large Ion Collider Experiment (ALICE) is one of four main experiments at the LHC, which is dedicated on the heavy ion collisions at a top energy SNN=5.5 TeV. The initial runs with pp collisions at 900 GeV (2009) and 7 TeV (2010) are necessary reference points. In the thesis, three parts are mainly involved : 1) the raw yield of neutral mesons by p0( )->2g and (782)->p0g->3 g with the realistic geometrical configuration were estimated. It gave us an important reference before the ALICE data-taking. It also proves the possibility to measure the and (782) despite of its limited acceptance for PHOS. 2) The data processing chain from raw data to the physics analysis oriented are studied for a better understanding to the detectors. Depending on the different design of the PHOS and EMCAL, the strategies of the neutral mesons extraction by invariant mass analysis, shower shape analysis and isolation cut method are studied. 3) From the current statistics with pp collisions at 7 TeV, ~ 390 million min-bias events are analyzed. By using the invariant mass analysis, p0 spectrum is extracted up to pT range to 25~GeV/c with PHOS. The systematic uncertainties are estimated due to the absolute energy scale calibration, non-linearity response, bad channels and p0 conversion loss. The final p0 cross-section is compared with the NLO calculation. The and (782) peak are also observed. The initial measurements of neutral mesons are crucial for the calibration of electromagnetic calorimeters. It is also related to almost all the photon physics, such as direct photon excess, flow measurement and jet physics etc. In the coming years, ALICE will continue with the data taking with pp and PbPb collisions. And more statistics and rich physics will come forth

Mesure de mésons neutres dans ALICE avec les calorimètres électromagnétiques dans les collisions pp aux énergies du LHC

Sonder le plasma de quarks et de gluons et explorer ses propriétés thermiques comme son évolution dynamique sont les principaux objets des collisions d'ions lourds ultra-relativistes. La sonde électromagnétique dure est un outil expérimental bien établi.Probing of the quark gluon plasma and exploring its thermal properties and dynamic evolution are the main objects in ultra-relativistic heavy-ion collisions. The hard electromagnetic probe is a well built detection. A Large Ion Collider Experiment (ALICE

Mesure de mésons neutres dans ALICE avec les calorimètres électromagnétiques dans les collisions pp aux énergies du LHC

Sonder le plasma de quarks et de gluons et explorer ses propriétés thermiques comme son évolution dynamique sont les principaux objets des collisions d'ions lourds ultra-relativistes. La sonde électromagnétique dure est un outil expérimental bien établi. ALICE est l'une des quatre expériences principales du LHC, qui est dédiée aux collisions d'ions lourds d'énergie SNN = 5,5 TeV. Les prises de données initiales avec des collisions pp à 900GeV(2009) et 7TeV(2010) sont des points de référence nécessaires. Dans la présente thèse, trois parties sont principalement concernées : 1) les taux de production brut de mésons neutres p0 ( ) en 2g et (782) -> p0g-> 3 g, ont été estimés, avec une configuration réaliste de détecteurs. Ces taux nous ont donné une référence importante avant la prise de données d'ALICE. Elle prouve également la possibilité de mesurer la et (782) en dépit de l'acceptance limitée du calorimètre PHOS. 2) La chaîne de traitement, des données brutes à l'analyse physique des données, est étudiée pour une meilleure compréhension des détecteurs. Selon la conception spécifique de chaque calorimètre (PHOS et EMCal), ainsi que les stratégies d'extraction des mésons neutres par analyse de masse invariante, la forme de la gerbe et les coupures d'isolement sont étudiées. 3) D'après la statistique actuelle obtenue pour les collisions pp à 7TeV, ~ 390M événements min-bias sont analysés. En utilisant l'analyse de la masse invariante, le spectre des p0 est extrait à l'aide de PHOS, jusqu'à de hautes impulsions (pT~25GeV/c). Les incertitudes systématiques sont pour l'essentiel dues à l'étalonnage du niveau d'énergie absolue, la non-linéarité de la réponse de détecteur, les canaux défectueux et le pertes de p0 par conversion dans la matière. La section efficace de production des p0 est comparée aux calculs NLO. Les pics de masse du et du (782) sont également observés. Les mesures initiales des mésons neutres sont cruciales pour l'étalonnage des calorimètres électromagnétiques. Elle est également liée à la quasi-totalité de la physique photon, comme l'excès aux photons directs, la mesure de flot et la physique des jets, etc. Dans les années qui suivent, ALICE va poursuivre la prise de données avec des collisions pp et PbPb. Une plus grande statistique sera accumulée, ouvrant ainsi la porte à une physique très riche.Probing of the quark gluon plasma and exploring its thermal properties and dynamic evolution are the main objects in ultra-relativistic heavy-ion collisions. The hard electromagnetic probe is a well built detection. A Large Ion Collider Experiment (ALICE) is one of four main experiments at the LHC, which is dedicated on the heavy ion collisions at a top energy SNN=5.5 TeV. The initial runs with pp collisions at 900 GeV (2009) and 7 TeV (2010) are necessary reference points. In the thesis, three parts are mainly involved : 1) the raw yield of neutral mesons by p0( )->2g and (782)->p0g->3 g with the realistic geometrical configuration were estimated. It gave us an important reference before the ALICE data-taking. It also proves the possibility to measure the and (782) despite of its limited acceptance for PHOS. 2) The data processing chain from raw data to the physics analysis oriented are studied for a better understanding to the detectors. Depending on the different design of the PHOS and EMCAL, the strategies of the neutral mesons extraction by invariant mass analysis, shower shape analysis and isolation cut method are studied. 3) From the current statistics with pp collisions at 7 TeV, ~ 390 million min-bias events are analyzed. By using the invariant mass analysis, p0 spectrum is extracted up to pT range to 25~GeV/c with PHOS. The systematic uncertainties are estimated due to the absolute energy scale calibration, non-linearity response, bad channels and p0 conversion loss. The final p0 cross-section is compared with the NLO calculation. The and (782) peak are also observed. The initial measurements of neutral mesons are crucial for the calibration of electromagnetic calorimeters. It is also related to almost all the photon physics, such as direct photon excess, flow measurement and jet physics etc. In the coming years, ALICE will continue with the data taking with pp and PbPb collisions. And more statistics and rich physics will come forth

A Multivariate Temporal Convolutional Attention Network for Time-Series Forecasting

Multivariate time-series forecasting is one of the crucial and persistent challenges in time-series forecasting tasks. As a kind of data with multivariate correlation and volatility, multivariate time series impose highly nonlinear time characteristics on the forecasting model. In this paper, a new multivariate time-series forecasting model, multivariate temporal convolutional attention network (MTCAN), based on a self-attentive mechanism is proposed. MTCAN is based on the Convolution Neural Network (CNN) model, using 1D dilated convolution as the basic unit to construct asymmetric blocks, and then, the feature extraction is performed by the self-attention mechanism to finally obtain the prediction results. The input and output lengths of this network can be determined flexibly. The validation of the method is carried out with three different multivariate time-series datasets. The reliability and accuracy of the prediction results are compared with Long Short-Term Memory (LSTM), Gated Recurrent Unit (GRU), Convolutional Long Short-Term Memory (ConvLSTM), and Temporal Convolutional Network (TCN). The prediction results show that the model proposed in this paper has significantly improved prediction accuracy and generalization