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Plasma de Quarks et de Gluons

2004 - 2014. Plasma de Quarks et de Gluons. Laurent Aphecetche (SUBATECH) - François Arleo (LPTHE) Patrick Aurenche (LAP TH) - Nicole Bastid (L PCCF) Jérôme Baudot (IReS) - Marc Bedjidian (IPN L)

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Presentation Transcript

  1. 2004 - 2014 Plasma de Quarks et de Gluons Laurent Aphecetche (SUBATECH) - François Arleo (LPTHE)Patrick Aurenche (LAPTH)- Nicole Bastid (LPCCF)Jérôme Baudot (IReS) - Marc Bedjidian (IPNL) Hervé Borel (DAPNIA) - Guy Chanfray (IPNL)Marie-Pierre Comets (IPNO) - Philippe Crochet (LPC-CF) - Olivier Drapier (LLR)Christian Finck (SUBATECH) - Frédéric Fleuret (LLR) - Walter Geist (IReS)François Gelis (SPhT) - Michel Gonin (LLR)- Jean Gosset (DAPNIA)Raphaël Granier de Cassagnac (LLR)- Denis Jouan (IPNO) - Christian Kuhn (IReS)Ginès Martinez (SUBATECH) - Jean-Yves Ollitrault (SPhT) - Fouad Rami (IReS)Philippe Rosnet (LPC-CF) - Christelle Roy (SUBATECH) - Dominique Schiff (LPTO)Yves Schutz (SUBATECH) - Florent Staley (DAPNIA)Christophe Suire (IPNO) - Raphaël Tieulent (IPNL)

  2. Moyens et prospectives Nouvelles perspectives expérimentales au LHC 2004 Plasma de Quarks et de Gluons Laurent Aphecetche (SUBATECH) - François Arleo (LPTHE)Patrick Aurenche (LAPTH)- Nicole Bastid (LPCCF)Jérôme Baudot (IReS) - Marc Bedjidian (IPNL) Hervé Borel (DAPNIA) - Guy Chanfray (IPNL)Marie-Pierre Comets (IPNO) - Philippe Crochet (LPC-CF) - Olivier Drapier (LLR)Christian Finck (SUBATECH) - Frédéric Fleuret (LLR) - Walter Geist (IReS)François Gelis (SPhT) - Michel Gonin (LLR)- Jean Gosset (DAPNIA)Raphaël Granier de Cassagnac (LLR)- Denis Jouan (IPNO) - Christian Kuhn (IReS)Ginès Martinez (SUBATECH) - Jean-Yves Ollitrault (SPhT) - Fouad Rami (IReS)Philippe Rosnet (LPC-CF) - Christelle Roy (SUBATECH) - Dominique Schiff (LPTO)Yves Schutz (SUBATECH) - Florent Staley (DAPNIA)Christophe Suire (IPNO) - Raphaël Tieulent (IPNL)

  3. 4.7 17.3 AGS@BNL SPS@CERN 1986 SPS@CERN RHIC@BNL 200 2000 RHIC@BNL LHC@CERN 5500 2007 LHC@CERN FAIR@GSI 43 temps sNN GeV États et régions du domaine nucléaire christelle roy - Subatech

  4. Le Plasma de Quarks et de Gluons JC Collins, MJ Perry PRL34(1975)1353 ”Our basic picture then is that matter at densities higher than nuclear consists of a quark soup. The quarks become free at sufficiently high density.” christelle roy - Subatech

  5. Absence d’interaction entre les partons • Transition de phase du 1er ou 2nd ordre • Restauration de la symétrie chirale F Karsch NPA698(2002)199 Tc ~ 170 MeV c ~ 0.7 GeV/fm3 Le Plasma de Quarks et de Gluons … …aujourd’hui christelle roy - Subatech

  6. 0 fm/c Pré-équilibre 2 fm/c 7 fm/c Interactions des hadrons État initial Hadronisation QGP ? Temps Effets collectifs En équilibre ? Thermalisé? Au Au Freeze-out chimique Freeze-out thermique DdL partoniques? Scénario d’une collision d’ions lourds • Quel milieu sommes-nous parvenus à créer « en laboratoire » ? • Quelles en sont ses caractéristiques ? • chimiques, thermiques (cinétiques), collectives • Comment peut-on le comprendre ? • Des comportements similaires à ceux d’une matière composée de hadrons ? La démarche : observables selon la centralité de collision, la taille du système (p-p, p-A, A-A), d’autres observables insensibles à un milieu dense christelle roy - Subatech

  7. Les signaux (choisis) du SPS NA50 Augmentation de l’étrangeté Suppression du J/ christelle roy - Subatech

  8. Des collisionneurs (RHIC, LHC) et une nouvelle génération d’expériences … les premières manifestations 10 février 2000 • Des conclusions difficiles à extraire • expérimentales : • 1 expérience 1 observable • des signatures non observées • faibles déviations % aux scénarios standards • théoriques : interprétations ambiguës • QGP ou gaz hadronique plausible christelle roy - Subatech

  9. Run Ions s1/2 [GeV ] I (2000) Au-Au 130 II(2001/02) p-p 200 III(2002/03) d-Au 200 p-p 200 IV(2003/04) Au-Au 200 Au-Au 200 ~ 10 x s1/2 CERN-SPS Au-Au 200 Au-Au 200 Caractéristiques : - machine dédiée - circonférence 3.9 km - 2 anneaux indépendants - flexibilité au niveau des systèmes et énergies de collision christelle roy - Subatech

  10. Les faits @ 200 GeV

  11. pR2 t0 ~ 1 fm/c 99.5% PHOBOSPRC65(2002)061901R Les témoins d’une collision violente Progression monotone de la multiplicité Bjorken: matière sans interaction en expansion longitudinale e = 1/(R2t0)[dET/dy] e = 5.5 GeV/fm3 (3.2@SPS) • x 1.7 par rapport au SPS • > ec(QCD) ~1 GeV/fm3 Freeze-out Chimique/Thermique PHENIX PRL87(2001)52301;NA49 PRL75(1995)3814 christelle roy - Subatech

  12. centralité Au freeze-out chimique Modèles statistiques (équilibres thermique - chimique au FO) F Becattini : Eur Phys JC5(1998)143 P Braun-Munzinger : PLB518(2001)41 M Kaneta : nucl-th/0405068 1) Tch = 160 ± 5 MeV (155@SPS ) • Tch TQCD 2) B= 24 ± 4 MeV (250@SPS) 3) Paramètre de saturation en étrangeté Collisions centrales : s  1 (0.75@SPS) Au RHIC : le système est à l’équilibre chimique christelle roy - Subatech

  13. Au freeze-out thermique Z Xu :JPG: Nucl. Part.30(2004)927 Temps Modèle hydrodynamique Source en équilibre thermique T, en expansion avec une vitesse collective (flot) <T> Tch • RHIC • , K, p: • T~ 90 MeV<Tch~ 160 MeV • <T> ~ 0.57 c • Rediffusion • ,  • T~150MeV, <T>~0.47c • Faible sint • →création plus tôt faiblesint + flot  0  Flot né des interactions, très tôt, entre partons Tendances moins nettes au SPS christelle roy - Subatech

  14. y x py px Remonter au début par le flot elliptique • Interactions entre les constituants  gradient de pression :asymétrie spatiale  impulsion Collisions non centrales • Émission des particules avec un angle défini par rapport au plan de réaction (décomposition en série de Fourier) Asymétrie spatiale • A y ~ 0 : le flow v1 disparaît, seul v2 demeure. v2 sensible aux 1ers instants de la collision donc aux interactions partoniques dans le milieu dense Asymétrie dans l’espace des impulsions JY Ollitrault PR D46(1992)229 H Sorge PRL B402(1997) 251 christelle roy - Subatech

  15. Fonction d’excitation du flot Limite hydro A RHIC Un flot elliptique important (déjà le cas au SPS) La limite hydrodynamique est atteinte (nouveau) christelle roy - Subatech

  16. Émergence de degrés de liberté pertinents Calculs hydrodynamiques P Huovinen, P Kolb, U Heinz, P Ruuskanen, S Voloshin PLB503(2001)58 v2/nq versus pT/nq Les degrés de liberté qui priment sont des quarks constituants Un flot est créé au niveau partonique, et accréditant les modèles de coalescence de quarks • Phases hadronique + plasma • Thermalisation très tôt (ttherm<1fm/c) PHENIX PRL91(2003)182301 / STAR PRL92(2004)052302 christelle roy - Subatech

  17. Les responsables

  18. jet parton nucleon nucleon Suppression des jets • Milieu dense : • perte d’énergie des partons, abaissant les pT • suppression de jets, des hadrons • phénomène  à la densité d’énergie donc à la densité gluonique (jet-quenching) • Suppression à haut pT phase QGP M Gyulassy, X Wang NPB420(1994)583 R Baier, Y Dokshitzer, A Mueller, S Peigne,D Schiff NPB483(1997)291 + Quantification des effets nucléaires de la matière nucléaire froide avec les collisions pp et dAu : • - effets de shadowing (modification des fns de structures des partons) • - collisions multiples (effet Cronin) Cronin : collisions multiples modifiant les pT christelle roy - Subatech

  19. Au + Au d + Au d2N/dpTd (Au+Au) RAA = NColld2N/dpTd (p+p) « Voir » l’existence d’un milieu dense Facteur de modification nucléaire : PRC69(2004)034910 • Évolution avec la centralité des collisions Au+Au radicalement différente de celle des collisions d+Au • AuAu : effet dû à un milieu très dense (jamais observé à plus basse énergie) christelle roy - Subatech

  20. 1- suppression à haut pT: «jet quenching» 2- Dépendance au type de particules : Baryons/Mésons Dépendance au type de particules STAR@SQM04 Même dépendance que celle du flot elliptique, en accord avec les prédictions des modèles basés sur la coalescence de quarks christelle roy - Subatech

  21. Le CGC proposé comme précurseur • Conditions initiales à RHIC : ions lourds + énergies élevées • Densité de partons (gluons) très élevée • Noyaux en collision décrits par une fonction d’onde colorée hautement saturée et gluonique  “Color Glass Condensate” (précurseur du QGP) E Iancu, L McLerran PLB510(2001)145 = 0 = 1 Origine de la suppression : Une production de jets moindre en raison de la saturation des gluons INITIALE RdAu BRAHMS nucl-ex/0403005 • Région de prédilection pour son étude : • système dAu aux grandes rapidités : • Rapidité , x • Effet moindre des interactions dans l’état final, dominantes dans les collisions AA = 2.2 = 3.2 christelle roy - Subatech

  22. Que sont devenus les signaux du SPS ? christelle roy - Subatech

  23. Les quatre ans de RHIC - I • Que sommes-nous parvenus à créer « en laboratoire » ? Les collisions à RHIC ont créé un système extrêmement dense dont les degrés de libertés pertinents paraissent être les quarks. • Comment l’avons-nous caractérisé ? • Densité d’énergie  (= 5 GeV/fm3) > critique • Vu au SPS ? Oui. (= 3.2 GeV/fm3) • Production de particules à partir d’un système en équilibre chimique • Spectres en pT compatibles avec une source en équilibre thermique et en expansion avec une vitesse collective (hydrodynamique) • Vu au SPS ? Oui • Flot elliptique important, dénotant des fortes interactions et atteignant la limite hydrodynamique, avec des temps de thermalisation courts (~ 1 fm/c) • Vu au SPS ? Non, v2 pas aussi important. Décrit par l’hydro avec des hypothèses non réalistes christelle roy - Subatech

  24. sQGP pour strongly interacting QGP Les quatre ans de RHIC - II • Comment l’avons-nous caractérisé ? • Flot partonique et facteurs de modification nucléaire montrant une dépendance au type de particules, en accord avec les modèles de recombinaison de quarks dans un milieu dense et thermalisé • Vu au SPS ? Non • Forte suppression des particules dans les collisions AuAu à haut pT (par rapport à p+p, d+Au) compatible avec la perte d’énergie des partons dans un milieu dense • Vu au SPS ? Non • … Alors ? christelle roy - Subatech

  25. Les quatre papiers blancs christelle roy - Subatech

  26. Annexe christelle roy - Subatech

  27. WA98 Les signaux du SPS Modification des propriétés du méson  Excès de photons directs christelle roy - Subatech

  28. Luminosités • AuAu • 12 semaines (100, 31.2 GeV/u) • L= 8. 1026 cm-2 s-1 à 100GeV/u • pp • 5 semaines • L = 6.1031 cm-2 s-1 à 100 GeV/u Luminosités totales en b-1 (par rapport au Run-2) christelle roy - Subatech

  29. Données Au + X • AuAu@200GeV : ~ 95 Mevts (550 heures) dont ~ 50 M minimumBias ~ 30 M centraux ~ SSD In: 60 M • AuAu@62GeV : ~ 15 Mevts (78 heures) dont ~ 14 M minimumBias ~ SSD In: 14 M • pp@200GeV : 23 Millions d’évts christelle roy - Subatech

  30. Les quatre expériences christelle roy - Subatech

  31. Coalescence des quarks Dépendance au type de particules reproduite… RJ Fries PRC68(2003)044902 V Greco nucl-th/0405040 … par les modèles basés sur la recombinaison de quarks christelle roy - Subatech

  32. Protons Pions Physique « soft » & Hydrodynamique Spectres des p±, p(pbar) ~reproduits par l’hydrodynamique avec une EOS-QGP àt0=0.6 fm/c Lignes pleines : QGP+HG / pointillées: HG christelle roy - Subatech

  33. Hydrodynamique et thermalisation PHENIX PRL91(2003)182301 P. Huovinen PLB503(2001)58 Calculs hydrodynamiques : • Meilleur accord pour une EOS(Q) STAR PRL87(2001)182301 christelle roy - Subatech

  34. jets Medium Tomographie du milieu dense STAR: nucl-ex/0407007 • Les particules subissent une perte d’énergie significative en traversant le milieu • La perte d’énergie dépend du chemin parcouru dans le milieu dense • Au+Au:suppression plus importantedans la direction hors plan de réaction que dans le plan • Géométriedu milieu densese révèle d’elle-même christelle roy - Subatech

  35. R=Rcp(=2.2)/Rcp(=0) Suppression et rapidité Arsene et al. PRL2003 • Importante suppression à haut pT dans les collisions Au+Au centrales • Suppression encore plus importante aux grandes rapidités christelle roy - Subatech

  36. RdAu et RAA en accord avec CGC D. Kharzeev, Y.V. Kovchegov, K. Tuchin, hep-ph/0405054 (2004) christelle roy - Subatech

  37. Suppression et pQCD G.G. Barnafoldi, G. Papp, P. Levai, G. Fai, nucl-th/0404012 (2004) R. Vogt, hep-ph/0405060 (2004) • pQCD • Shadowing nucléaire • Multiscattering nucléaire En incluant le multiscattering : accord raisonnable pQCD et données christelle roy - Subatech

  38. Haut pT au SPS • π0à haut pT dans les collisions centrales (0-10%) au SPS (et a+a @ ISR) : compatible avec “Ncoll-scaling” ou effet Cronin D.d'E. PLB 596, 32 (2004) christelle roy - Subatech

  39. Perte d’énergie des partons et pQCD PHENIX : PRC69(2004)034910 STAR : PRL91(2003)172302 GLV : I. Vitev, JPG30(2004)S791 + I Vitev, M Gyulassy PRL89(2002)252301 Ajustement avec pQCD ( E des partons) • dNgluon/dy ~ 1100au début de l’expansion • ~30-50la densité de gluons de la matière froide christelle roy - Subatech

  40. STAR PRELIMINARY <pT> et équilibre • Hadrons des collisions centrales Au+Au : • supérieurs en nombre • plus « mous » en pT • distribués ~statistiquement en angle • [~ cos()] par rapport à pp ou collisions périphériques Au+Au. les produits away-side semblent approchés l’équilibreavec le milieu dense traversé, rendant la thermalisation du milieu plausible AuAu@200 GeV : Particules associées 0.15 < pT < 4 GeV/c Symboles fermés  4 < pTtrig < 6 GeV/c Symboles ouverts  6 < pTtrig < 10 GeV/c christelle roy - Subatech

  41. Rcp des particules étranges Différence Baryons - Mésons Rcp christelle roy - Subatech

  42. RAA des particules étranges h- K±, K0s,fet h-: même comportement p,L, Xont une hiérarchie différente christelle roy - Subatech

  43. CGC & densité de rapidité Color Glass Condensate reproduitles densités de rapidité à RHIC  dNg/dy ~ consistent avec la perte d’énergie des partons christelle roy - Subatech

  44. Suppression canonique - I S.Jacoob, J.Cleymans hep-ph/0208246 A.Tounsi, K.Redlich J. Phys. G27 (2001) 589 E = (Yield)AA/(Yield)pp (*) • Gd système  grandes mult.  conservation du nbre baryonique peut être réalisée en moyenne en introduisant un potentiel chimique •  Grand Canonique • Pt système  faibles mult.  lois de conservation implémentées localement •  Canonique •  la conservation des nombres quantiques réduit sévèrement l’espace disponible pour la production de particules •  Suppression Canonique (SC) • (*)Dénominateur réduit par SC  E  •  Essence même de l’augmentation de l’étrangeté christelle roy - Subatech

  45. Suppression canonique - II La SC explique l’augmentation de l’étrangeté et prédit la même hiérarchie que les données E est une fonction décroissante de l’énergie de collision L’augmentation de l’étrangeté n’est pas un signal non-ambigu du QGP puisqu’elle existe à des énergies où on n’attend pas le plasma !!!! christelle roy - Subatech

  46. Stopping christelle roy - Subatech

  47. Étude des quarkonia Faible absorption nucléaire à faible xAu (y>0) christelle roy - Subatech

  48. STAR Preliminary Au+Au sNN=200 GeV MinBias 0-80% • flow partonique • v2s~ v2u,d ~ 7% Flot partonique Un comportement complexe« simplement » expliqué à un niveau partonique Au+Au sNN=200 GeV … à pT intermédiaire ! Idée d’un flot par constituant – Modèles de coalescence Flot elliptique développé à un niveau partonique D. Molnar, S.A. Voloshin nucl-th/0302014 V. Greco, C.M. Ko, P. Levai nucl-th/0305024 R.J. Fries, B. Muller, C. Nonaka, S.A. Bass nucl-th/0306027 christelle roy - Subatech

  49. Un régime quantitativement nouveau christelle roy - Subatech

  50. K K p p FO thermique L* L* FO chimique p K K L* L* p K p Résonances des particules étranges • Motivation • Leur temps de vie est similaire au temps de vie du système (qq fm/c) •  leur taux de production peut renseigner sur le temps de vie du système (sur la soudaineté des processus d’hadronisation) • Production au freeze-out chimique  rescattering  régénération • Une séparation en temps entre les freeze-out implique qu’une partie des produits de décroissance de la résonance peuvent interagir • Suppression relative (AA durée)/pp(soudain) = chronomètre christelle roy - Subatech

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