А.Б.Курепин – ИЯИ РАН

1. Исследования по релятивистской ядерной физике А.Б.Курепин – ИЯИ РАН ИТЭФ, 23.11.11

2. 1. Возникновение релятивистской ядерной физики. 3. Этапы развития работ по релятивистской ядерной физике 4. Современные эксперименты по исследованию ядро-ядерных столкновений при высоких энергиях. 5. Перспективы дальнейших исследований.

4. На созданной сотрудниками Института ядерных исследований РАН многоцелевой установке КАСПИЙ на пучке синхрофазотрона ОИЯИ в конце 80-х – начале 90-х годов выполнены пионерские исследования рождения положительных и отрицательных пионов и каонов и впервые в мире измерения рождения антипротонов при столкновении релятивистских ядер углерода с ядерными мишенями. Обнаружено усиление выхода странных частиц и большое, почти на два порядка, превышение отношения выхода антипротонов к пионам по сравнению с протон ядерным взаимодействием. Для объяснения этого эффекта разработана модель ядерного скейлинга.

6. Экспериментальная установка J/детектируются по их распадуна мюонные пары Dimuon spectrometer: Centrality detectors: EM calorimeter (1.1< lab<2.3) 2.92 < ylab< 3.92 ZDC calorimeter (lab> 6.3) cos CS < 0.5 Multiplicity detector (1.9<lab<4.2) Pb-Pb 158 GeV/c p – A 400 GeV/c 2000 year Data period Subtargets Number of J/ Target Number of J/ 1995 7 50000 Be 38000 1996 7 190000 Al 48000 1998 1 49000 Cu 45000 2000 1 in vacuum 129000 Ag 41000 W 49000 Pb 69000

7. Сравнениеподавления J/ на SPS NA50 NA60 NA50 Величина absзависит от энергии; Подавление (~20-30%); NA60 Подавление (~40%); ψ’ подавление измерено absJ/ (158 GeV) = 7.6 ± 0.7 ± 0.6 mb absJ/ (400 GeV) = 4.3 ± 0.8 ± 0.6 mb

8. Teff в зависимости от плотности энергии T(=0) =( 182)2 МэВ Tslope = ( 20.16  1.04)  10-3 фм3 Tslope(cent Pb-Pb)=(8.87  2.07) 10-3 фм3 R(slopes)=2.27 +/- 0.54 T(=0) =( 182)2 MeV Tslope = ( 20.16  1.04)  10-3 фм3 Tslope(cent Pb-Pb)=(4.42  5..06) 10-3 фм3 R(slopes)=4.56 +/- 5.22 При энергиях SPS для всех систем TJ/линейно растет с ростом плотности энергии. Для наиболее центральных Pb-Pb столкновений видна более пологая зависимость.

9. HADES - High Acceptance DiElectron Spectrometer Side View START 1 m • Beams: • p (LH2) , C, Ar -production runs • - with I=0.8*106/spill and 4*1010 N2/spil (<5 than needed for physics run of S262) • Beam detectors : • Diamond detectors (START& VETO) for HI • Scintillating fibers for p,d, beams • Forward Hodoscope (0-80) - INR • RICH • Full azimuth coverage, • Detector figure of merit N0=79 • Carbon mirrors (2 need to be installed)-0.5%X0 • Image Processing • Tracking system • 3 MDC layers complete, 4 MDCIV • remaining 2 ready at end 2005. • Internal resolution  100 m  anticipated mass mass resolution: Me+e/M1.5% at / region- • META • TOF, TOFINO -INR, Pre-Shower –full coverage • Image Processing • Low granularity TOFINO->RPC upgrade p, , A

10. Partial restoration of chiral symmetry (vs. T,ρ) Additional self-energy terms due to meson-baryon coupling SPS g,p-,p - beams RHIC LHC SIS 18 SIS 200 T [MeV] 300 W. Weise et al. Physics programme(II): AA collisions • in medium vector meson properties- spectral functions AV(Me+e- ,p) – double differential distributions, centrality dependence • Dielectron excess observed by DLS in Ca+Ca @ 1AGeV. • Mass dependence mT scaling for @2AGeV gives only 0.7 e+e-(Ap*AT)1.06-DLS • What are the relevant observables as nuclear density and/or temperature increase? • quark picture vs. hadronic picture?

11. The ALICE experiment ATLAS A-side CMS C-side

12. ALICET0 satellite charge measurements in the November Pb-Pb BEAM 1 time Beam-gas B2 374 cm 70 cm BEAM 2 Beam-gas B1 Z C-side A-side Sum gives event time, difference gives event positiontC – tA ~ 2 z/c September 22, 2014

13. Detector Performance in Pb-Pb PID TOF-> TOFdet +T0det T0 det resolution ~35 ps !

14. Detector Performance in Pb-Pb PID TOF-> TOFdet +T0det T0 det resolution ~35 ps !

15. ALICE results with PbPb • Final Results • Nchmultiplicity • Rapidty densityPRL: Vol. 105 (2010) 252301 • Centrality dependencePRL: Vol. 106 (2011) 032301 • FLOW of charged particledPRL: Vol. 105 (2010) 252302 • together with ATLAS di-jet paper, got PRL “Viewpoint”, first for LHC • Suppression of high-pT(RAA)PLB: Vol. 696 (2011) 30 • Bose-Einstein correlations PLB: Vol. 696 (2011) 328 • Advanced Drafts • Identified particles: Baryon/meson ratio • Flow with identified particles: • Ongoing analyses (a few out of very many => aiming to submit about 40 papers to QM Conference in May) • J/y -> mm, e+e- • Event structure from autocorrelations • Azimuthal Correlations of high-pT particles • Identified particles: strangeness, resonances … • p0spectra • Heavy flavour: charm (D0,D+, D*), heavy quarks (c,b) -> m, e-

16. Detector Performance in Pb-Pb PID TOF-> TOFdet +T0det T0 det resolution ~35 ps !

17. Energy spectra of the neutron calorimeter in proton and Pb runs 1n ADC spectrum for 30 GeV protons 2n 3n

18. pure EM part ~ Z2target s/Z2target~ const Phys.Rev. C71(2005)024905 New data:forward neutron emission measurements for 30 A GeV Pb ions @ CERN SPS

19. Latest data:forward neutron emission measurements for 158 A GeV In ions @ CERN SPS 1n 2n 3n 4n

21. CASTOR DESIGN

22. Физическая программа установки CASTOR 1.Поиск событий типа «Кентавр» • аномальное увеличение выхода адронов по сравнению с электромагнитной компонентой • большие поперечные импульсы по сравнению с « «нормальными» событиями - обнаружение проникающей компоненты с аномальным пробегом 2.Исследование явления выстроенности 3.Получение данных для проверки и калибровки Монте-Карло программ, используемых для интерпретации КЛ сверхвысоких энергий ( также LHCf и ACORDE-ALICE ) 4.Физика при больших быстротах: • КХД при малых х до 10**-6 10**-7 • Дифракционные процессы • Поиск КГП

23. NA61/SHINE experiment • NA61/SHINE physics program: • Critical Point and • Onset of Deconfinement, • Neutrino physics, • Cosmic-ray physics 23 GDR 2010, 30th April, Paris

24. Detector TOF ~60 ps Large acceptance: ≈50% Particle identification: Combined energy loss and Time of Flight measurements High momentum resolution <1% High detector efficiency: > 95% Event rate: 70 events/sec 24

25. Study the onset of deconfinement AGS SPSRHIC Onset of Deconfinement: early stage hits transition line, observed signals: kink, horn, step Kink T Horn hadron production properties energy Step µB collision energy

26. Status and plans for ion collisions at SPS energies 2015 2014 2010/11/12 2009/10/11 2013/14

27. Role of the PSD in NA61 NA61 - Measurement of centrality: b~ A - Nspect (selection of centrality at trigger level) - Measurement of event-by-event fluctuations (to exclude the fluctuation of participants) - Reconstruction of the reaction plane • Main features of the PSD • high granularity: • transverse homogeneity of energy resolution, • reaction plane measurements ? • compensated calorimeter (e/h = 1), lead/scintillator sampling ratio 4:1 • high energy resolution ~55%/sqrt(E) • longitudinal segmentation (10 sections per module) • PID, background rejection, improvement of energy resolution • light readout from each sections by novel MAPDs • to provide large dynamic range, • to exclude nuclear counting effect 120 cm 120 cm 48 modules: 16 central (small), 28 outer (large) modules.

28. The future Facility for Antiproton an Ion Research (FAIR) SIS 100 Tm SIS 300 Tm U: 35 AGeV p: 90 GeV Cooled antiproton beam: Hadron Spectroscopy Ion and Laser Induced Plasmas: High Energy Density in Matter Structure of Nuclei far from Stability Compressed Baryonic Matter

29. “MUON” set-up “electron” set-up

30. Feasibility of J/psi studies in dielectrons decay mode by CBM detector :invariant mass spectra J/psi + combinatorial background for SIS300 and SIS100

31. Feasibility studies Event generators: URQMD, PLUTO Transport: GEANT3,4 via VMC  Radiation hard Silicon pixel/strip detectorsin a magnetic dipole field  Electron detectors: RICH & TRD & ECAL: pion suppression up to 105  Hadron identification: RPC, RICH  Measurement of photons, π0, η, and muons: electromagn. calorimeter (ECAL)

32. Invariant mass spectra J/ψ + combinatorial background for different pions, kaons and protons suppression factor Suppression S/B in 3σ Beam energy7AGeV 9AGeV protons 10000 0.55 1.5 π & k 1000 protons 10000 2.0 8 π & k 10000 protons 50000 3.7 12 π & k 10000 J/ψ efficiency 55%55% Superevent technique was used for invariant mass of background, so 196 J/ψ were added to corresponding 40960000 (6400x6400) events √s =9AGeV Alla Maevskaya INR RAS NICA Roundtable Workshop 11 September 2009

33. Заключение 1. Для решения проблемы фазового перехода ядер в кварк-глюонную материю необходимы новые экспериментальные данные в широком интервале энергий и для различных сталкивающихся ядер. 2. Необходимо детальное исследование механизма взаимодействия ядер на различных стадиях процесса.

38. Курепин А.Б

42. The phase diagram of strongly interacting matter Courtesy of T. Hatsuda Major research programs in nuclear/quark matter physics:  Measuring the properties of the QGP (LHC, RHIC)  Searching for structures in the QCD phase diagram (SPS, RHIC, FAIR)

43. 20% QCD equation of state New generation of calculations with realistic quark masses and for Nt=6. New result (Katz): Tc = 1918 MeV Can we put a “data” point on this diagram?

44. Direct photons in PHENIX Phys. Rev. Lett. 94, 232301 (2005) • No significant excess at low pT • Expect some improvement in run4 systematic errors.

45. Mapping the QCD phase diagram with heavy-ion collisions SIS300 Lattice QCD calculations: Fedor & Katz, Ejiri et al. net baryon density: B  4 ( mT/2h2c2)3/2 x [exp((B-m)/T) - exp((-B-m)/T)] baryons - antibaryons

46. Z Электромагнитные взаимодействия в столкновениях релятивистских ядер • Ультрапериферические взаимодействия: нет перекрытия ядерных плотностей • Воздействие Лорентц-сжатых кулоновских полей может быть представлено как поглощение эквивалентных фотонов (Weizacker-Williams method) • Фотоядерные реакции: электромагнитная диссоциация и рождение адронов • Реакции фотон-фотон: рождение экзотических частиц Дальнодействующие электромагнитные силы