1 / 37

Rozkłady pędów poprzecznych cząstek produkowanych w zderzeniach Au+Au przy energiach RHIC

Rozkłady pędów poprzecznych cząstek produkowanych w zderzeniach Au+Au przy energiach RHIC. Adam Trzupek Zakład Oddziaływań Jądrowych Wysokich Energii Instytut Fizyki Jądrowej PAN Kraków. Plan referatu. Zderzenia relatywistycznych ciężkich jonów przewidywania chromodynamiki kwantowej

duke
Download Presentation

Rozkłady pędów poprzecznych cząstek produkowanych w zderzeniach Au+Au przy energiach RHIC

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Rozkłady pędów poprzecznych cząstek produkowanych w zderzeniach Au+Au przy energiach RHIC Adam Trzupek Zakład Oddziaływań Jądrowych Wysokich Energii Instytut Fizyki Jądrowej PAN Kraków

  2. Plan referatu • Zderzenia relatywistycznych ciężkich jonów • przewidywania chromodynamiki kwantowej • akcelerator RHIC • eksperyment PHOBOS • Produkcja , K, p i p o małych pT • rekonstrukcja i identyfikacja • rozkłady pT w Au+Au i d+Au • porównanie z przewidywaniami modeli • Produkcja cząstek naładowanych o dużych pT • tłumienie produkcji w zderzeniach Au+Au • Podsumowanie

  3. Celem fizyki relatywistycznych ciężkich jonówjest badanie materii o dużej gęstości energii t = + kilka fm/c t = 0 fm/c t =- kilka fm/c Jądro Au Jądro Au gęstość energii w obszarze oddziaływania : RHIC ~ 5 GeV/fm3 Skrócenie Lorentza (RHIC),  = 108 gęstość energii w materii jądrowej: Au~ 0,15 GeV/fm3

  4. Przewidywania Chromodynamiki Kwantowej (QCD) Przy bardzo dużej gęstości energii kwarki i gluony są uwolnione Przejście do plazmy kwarkowo-gluonowej (QGP) Krytyczna gęstość energii i temperatura (QCD, B=0): c ~ 1 GeV/fm3 Tc ~ 192 MeV (~2  1012 K) RHIC >> c Korzystne warunki na utworzenie QGP w RHIC 1975 - 2001 (przed RHIC) Przewidywany słabo sprzężony stan plazmy kwarkowo- gluonowej (wQCD) Właściwości QGP podobne do właściwości idealnego gazu 2001 - 2007 (rezultaty z RHIC) Odkryto SILNIE sprzężony stan plazmy kwarkowo- gluonowej (sQCD) Właściwości QGP podobne do właściwości idealnej cieczy

  5. Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) Obwód = 3800 m l. magnesów =1740 sNN (GeV) RHIC: 200 SPS: 17

  6. Współpraca Burak Alver, Birger Back, Mark Baker, Maarten Ballintijn, Donald Barton, Russell Betts, Richard Bindel, Wit Busza (Spokesperson), Zhengwei Chai, Vasundhara Chetluru, Edmundo García, Tomasz Gburek, Kristjan Gulbrandsen, Clive Halliwell, Joshua Hamblen, Ian Harnarine, Conor Henderson, David Hofman, Richard Hollis, Roman Hołyński, Burt Holzman, Aneta Iordanova, Jay Kane,Piotr Kulinich, Chia Ming Kuo, Wei Li, Willis Lin, Constantin Loizides, Steven Manly, Alice Mignerey, Gerrit van Nieuwenhuizen, Rachid Nouicer, Andrzej Olszewski, Robert Pak, Corey Reed, Eric Richardson, Christof Roland, Gunther Roland, Joe Sagerer, Iouri Sedykh, Chadd Smith, Maciej Stankiewicz, Peter Steinberg, George Stephans, Andrei Sukhanov, Artur Szostak, Marguerite Belt Tonjes, Adam Trzupek, Sergei Vaurynovich, Robin Verdier, Gábor Veres, Peter Walters, Edward Wenger, Donald Willhelm, Frank Wolfs, Barbara Wosiek, Krzysztof Woźniak, Shaun Wyngaardt, Bolek Wysłouch ARGONNE NATIONAL LABORATORY BROOKHAVEN NATIONAL LABORATORY INSTITUTE OF NUCLEAR PHYSICS PAN, KRAKOW MASSACHUSETTS INSTITUTE OF TECHNOLOGY NATIONAL CENTRAL UNIVERSITY, TAIWAN UNIVERSITY OF ILLINOIS AT CHICAGO UNIVERSITY OF MARYLAND UNIVERSITY OF ROCHESTER

  7. PHOBOS 1m

  8. PHOBOS - detektor wyzwalania 1m Detektor wyzwalania Triger 3 <|h|<4,5  = -ln tan(/2)

  9. Detektor wyzwalania - Pomiar centralności Detektor „wyzwalania” Au Au 3 <|h|<4.5 Wyznaczanie Npart i Ncoll: Au+Au, 200 GeV <Npart>0-6%, <Ncoll>0-6%, ... Model AA + Geant (detektor) Npart liczba nukleonów oddziaływujących nieelastcznie Ncollliczba nieelastycznych oddziaływań NN w AA Peryferyczne Centralne przedziały centralności: 0-6% , 6-15% ,...

  10. PHOBOS – detektor krotności Detektor krotności Oktagon Detektor krotności Pierścienie - 5,4 <h<5,4

  11. PHOBOS – spektrometr i TOF Liczniki czasu przelotu Spektrometr Magnes

  12. Spektrometr detektora PHOBOS B  -2T B  2T 70 cm • 16 warstw krzemowych/ ramię , 2-39 płytek krzemowych / warstwę • precyzyjny pomiar: X, dE (~300 m) • układ płytek i pole B dostosowane do pomiaru cząstek o małych pT, • różne rozmiary komórek krzemowych (5 typów) • blisko punktu oddziaływania

  13. Rozkłady pędów poprzecznych w zderzeniach AA Małe pT (< 0,2 GeV/c) • Przewidywano wzmocnienie produkcji cząstek z powodu NOWYCH długo-zasięgowych zjawisk • wQGP - duży obszar źródła cząstek Małe i średnie pT (< 2 GeV/c) Oczekiwano modyfikacji rozkładów pT zależnej od masy hadronów na skutek poprzecznej kolektywnej ekspansji • odwrotność nachylenia rozkładu, rośnie z mh , dla pT << mh Duże wartości pT (2 - 5 GeV/c) • Przewidywano tłumienie produkcji hadronów w centralnych AA • duże strat energii partonów w gęstej materii

  14. Pomiary pT cząstek w eksperymencie PHOBOS Au+Au, 200 GeV centrality: 0-15% mid-rapidity PHOBOS:  PRC70(2004) 051901 PLB 578 (2004) 297 średnie pT małe pT duże pT 0.03 0.2 ~ 2.0 pT (GeV/c) PID: masa masa + ładunek gęstość cząstek Hadrony są mierzone w zakresie pT: od 30 MeV/c – 5 GeV/c Eksperyment PHOBOS posiada unikalną możliwość pomiaru cząstek o bardzo małych pędach poprzecznych: 30 - 200MeV/c ładunek (++-) (K++ K-) (p + p) , K, p i p h+, h-

  15. Czas przelotu: separacja /K: do 2,0 GeV/c p/p: do 3,5 GeV/c dE/dx w Si: separacja /K: do 0,6 GeV/c p/p: do 1,5 GeV/c Pomiar pędu i identyfikacja cząstek o pT > 0,2 GeV/c Pęd: Zakrzywienie trajektorii w polu magnetycznym pozwala wyznaczyć ładunek i pęd cząstki(0,2 – 5 GeV/c) Identyfikacja cząstek: p K p  K 

  16. Procedura rekonstrukcji cząstek o pT < 0,2 GeV/c(zakres małych pT: 30 – 200 MeV/c) 6 5 4 3 2 X[cm] 1 . . rura berylowa 0 10 20 Z[cm] . Z[cm] Szukamy cząstek zatrzymujących się w warstwie nr 5 Identyfikacja cząstek o małych pT < E dE/dx > dE ~ 10 MIP ~1 cząstka na 100 przyp. < E  dE/dx >  mh ( mh2 (1/2) funkcja Bethe-Bloch Etot = dEi, i = 1, ... ,5 (++-) (K++ K-) (p + p) pole mag. B  0 

  17. Niezmienniczy rozkład pędów poprzecznych:1/(2pT) d2N/dydpT Wyznaczono rozkłady pT dla następujący danych doświadczalnych (małe pT) :

  18. Rozkłady pędów poprzecznych w centralnych zderzeniach Au+Au o energiisNN=200 GeV pT= 30 — 50 MeV/c piony 90 — 130 MeV/c kaony 140 — 210 MeV/c protony y  0 (mid-rapidity) PRC C70, 051902 (R) (2004) T

  19. mT = pT2+mh2 Produkcja cząstek o małych pT w centralnych zderzeniach Au+Au, sNN = 200 GeV  brak wzmocnienia produkcji pionów o małych pT T= 229 MeV dla (++-) 293 MeV dla (K++K-) 392 MeV dla (p + p) PRC C70, 051902 (R) (2004) „wypłaszczenie” rozkładu pT dla (p+p) przy małych pT jest zgodne z poprzeczną, kolektywna ekspansja systemu

  20. Rozkłady pT w oddziaływaniach Au+Au przy energiisNN =62,4 GeV (2pT)1d2N/dydpT[c2/GeV2] Parametry modelu „fali uderzeniowej” (blast wave): 0-15%: Tfo = 103 MeV, T = 0,78 c 15-30%: Tfo = 102 MeV, T = 0,76 c 30-50%: Tfo = 101 MeV, T = 0,72 c Centralne (2pT)1d2N/dydpT[c2/GeV2] (2pT)1d2N/dydpT[c2/GeV2] Semi-centralne Semi-peryferyczne Nucl. Phys. A774 (2006) 469

  21. Rozkłady mTw oddziaływaniachAu+Au sNN= 200 GeV mT = pT2+mh2 (2pT)1d2N/dydpT[c2/GeV2] Kształt widm mT podobny dla mT > 1,8 GeV/c2 Tloc[GeV/c2] „Wypłaszczanie” rozkładu mT (p+p), największe przy małych pT PRC C70, 051902 (R) (2004)

  22. Eksperyment kontrolny d+Au d +Au: Au+Au: brak gęstej materii gęsta materii Doświadczenia z deuterem pozwalają badać wpływ gęstej materii na mierzone wielkości fizyczne

  23. Rozkłady mTw oddziaływaniach d+AusNN= 200 GeV Po przeskalowaniu rozkładu mT kaonów o czynnik 2, widma mT dla (++-), (K++ K-), (p + p) są podobne Brak efektu „wypłaszczania” widm mT w d+Au Efekt „wypłaszcznia” widm mT w Au+Au może powstawać na skutek oddziaływań w gęstej materii Tloc[GeV/c2] Nucl. Phys. A774 (2006) 469

  24. Przewidywania modeli W. Florkowski, W. Broniowski, PRL 87 (2001) 272302 D. Prorok; PRC 67 (2006) 064901 P. Kolb, R. Rapp; PRC 67 (2003) 044903 Hydrodynamiczne symulacje z porzeczną ekspansją dobrze opisują dane doświadczalne w przedziale pT: 0,03 – 1,5 GeV/c „Cracow Single Freeze-Out Model” Modele hydrodynamiczne z idealną cieczą dobrze opisują produkcję cząstek przy małych i średnich pT

  25. Produkcja hadronów o dużych pędach poprzecznych Twarde oddziaływania partonów występują we wczesnej fazie zderzenia AA t = + kilka fm/c t =- kilka fm/c t = 0 fm/c t = + kilka fm/c Jądro Au Jądro Au parton parton Twarde oddziaływanie partonów Partony znajdują się w jądrach Rozproszone partony przechodzą przez gęstą materię hadronizacja „jet” hadronów Jeżeli rozproszone partony tracą znaczną część energii, to liczba „wiodących” hadronów o dużych pT będzie malała (efekt tłumienia produkcji) “wiodący” hadron o dużym pT Detektor

  26. Rozkłady pędów poprzecznych naładowanych hadronów ( h+ + h- ) (PHOBOS) 0.2<yp<1.4 PLB 578 (2004) 297 Większość cząstek w zderzeniu AA jest produkowana z małymi i średnimi pędami poprzecznymi ~0,1% cząstek o pT> 2 GeV/c

  27. Czynnik modyfikacji jądrowej RAA Ncoll - liczba nieelastycznych zderzeń NN w AA brak efektów jądrowych obecność efektów jądrowych RAA > 1 RAA = 1 RAA < 1 tłumienie produkcji oddziaływania z gęstą materią Au+Au, RHIC skalowanie z Ncoll wzmocnienie produkcji efekt Cronina p+A, FNAL

  28. Tłumienie produkcji w zderzeniach Au+Au (PHOBOS) (h++h-), sNN = 200 GeV 1 d2 NAuAu/ dpTd RAuAu= <Ncoll> d2 NNN/ dpTd skalowanie z Ncoll 45-50% 35-45% RAuAu semi-perferyczne 25-35% 15-25% RAuAu maleje przy wzroście centralności Najsilniejsze tłumienie obserwuje się w najbardziej centralnych zderzeniach duże pT, RAuAu  0,3 <<1 0-6% 6-15% centralne pT (GeV/c) PLB 578 (2004) 297

  29. Zależność RAA od energii Centralne zderzenia Pb+Pb i Au+Au, mid-rapidity RAA 2 1 0 PRL 94 (2005) 082304 WA98 10 100 sNN (GeV) “gładka” zależność RAA od energii dla dużych pT: RAA > 1 dla sNN = 17,3 GeV RAA < 0,2 dla sNN = 200 GeV

  30. Eksperyment kontrolny d+Au(PHOBOS) (h++h-), d+Au, sNN = 200 GeV, 0,2 < y < 1,4 Brak tłumienia produkcji hadronów naładowanych o dużych pT w zderzeniach d+Au w całym zakresie centralności RdAu~1 dla pT > 2 GeV/c RdAu słaby wzrost RdAu z Ncoll Au+Au PRL 91 (2003) 072302 Tłumienie produkcji hadronów w centralnych zderzeniach Au + Au przy energii 200 GeV jest wynikiem oddziaływań partonów w gęstej materii.

  31. Mechanizm tłumienia produkcji hadronów o dużych pTw centralnych zderzeniach Au+Au, sNN = 200 GeV Duże straty energii, dE/dx, partonów poruszających się w gęstej materii (bremsstrahlung gluonów) Modele uwzględniające straty energii partonów dobrze opisują produkcję hadronów o dużych pT w centralnych zderzeniach Au+Au Model z dE/dx: GLV (M.Gyulassy, P.Levai, I.Vitev)

  32. Detektor PHOBOS pozwala na badanie produkcji hadronów w szerokim zakresie pT : 30 MeV/c – 5 GeV/c • Małe i średnie pT: • W centralnych zderzeniach Au+Au obserwujemy brak wzmocnienia produkcji • cząstek (pionów) przy bardzo małych pT  silnie sprzężony stan materii • „Wypłaszczanie” rozkładu mT (p+p) jest zgodne z efektem kolektywnej • poprzecznej ekspansji • Modele hydrodynamiczne z (idealną cieczą ) dobrze opisują rozkłady pT • Duże pT: • W centralnych zderzeniach Au+Au obserwujemy silne tłumienie produkcji • hadronów naładowanych • Brak tłumienia produkcji hadronów o dużych pT w d+Au • Przyczyną tłumienia produkcji hadronów są oddziaływania partonów • z gęstą materią Podsumowanie

  33. Wnioski Rozkłady pędów poprzecznych dla Au+Au i d+Au przy małych, średnich i dużych-pT+ ... w centralnych zderzeniach Au+Au przy najwyższej energii w akceleratorze RHIC produkowana jest materia o bardzo dużej gęstości energii, silnie sprzężona o właściwościach podobnych do właściwości idealnej cieczy Silnie sprzężony stan plazmy kwarkowo-gluonowej (sQGP)

  34. Eksperymentalne dane uzyskane na RHIC sNN(GeV) sNN(GeV)

  35. b zranione/oddziaływujące nukleony ( Npart ) nieoddziaływujące nukleony/spektatory ( Nspect ) Ncollliczba nieelastycznych oddziaływań NN (l. binarnych zderzeń NN) Centralność zderzeń w AA:

  36. Elab= 200 AGeV, sNN = 19.4GeV RSAu RAA przy niższych energiach (eksperymenty na stałej tarczy) Pb+Pb: Elab=158 AGeV, sNN = 17.3 GeV RPbPb skalowanie Ncoll RSS skalowanie Ncoll RpA wielokrotne rozproszenia powodują poszerzenie widma pT => RAA >1 efekt Cronina pQCD + efekty jądrowe B.Z.Kopeliovich, et al., PRL 88 (2002) 232303

  37. Theory Calculations Energy loss applied: M. Gyulassy, I. Vitev, X.N Wang and B.W. Zhang; nucl-th/0302007 dE/dxo is the only free parameter. It is determined by fitting to STAR central RAA(pt) Cronin Effect: X.N. Wang, Phys. Rev C61, 064910 (2000). Attributed to initial state multiple scattering. Implemented by Q2(pt) dependent Gaussian kt broadening

More Related