Прямые фотоны в ядро-ядерных столкновениях от SPS до RHIC
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 46

Прямые фотоны в ядро-ядерных столкновениях от SPS до RHIC . PowerPoint PPT Presentation


  • 123 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Прямые фотоны в ядро-ядерных столкновениях от SPS до RHIC. План доклада. Кварк-глюонная плазма и столкновения ядер сверхвысоких энергий. Фотонное излучение из столкновений ядер сверхвысоких энергий. Эксперимент WA98 на ускорителе SPS в ЦЕРН

Download Presentation

Прямые фотоны в ядро-ядерных столкновениях от SPS до 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.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Sps rhic

Прямые фотоны в ядро-ядерных столкновениях от SPS до RHIC.

LINC-2005


Sps rhic

План доклада

  • Кварк-глюонная плазма и столкновения ядер сверхвысоких энергий.

  • Фотонное излучение из столкновений ядер сверхвысоких энергий.

  • Эксперимент WA98 на ускорителе SPS в ЦЕРН

  • Прямые фотоны в столкновениях Pb-Pb при энергии s = 17 ГэВ/NN

  • Бозе-Эйнштейновские корреляции прямых фотонов.

  • Эксперимент PHENIX на коллайдере RHIC в БНЛ

  • Подавлениевыходов пионов с высокими поперечными импульсами в столкновениях Au-Au при энергиях  s = 130и 200 ГэВ/NN

  • Прямые фотоны в столкновениях Au-Au при энергии  s = 200 ГэВ/NN.

LINC-2005


Sps rhic

Hadronization

(Freeze-out)+

Expansion

Pre-equilibrium

Thermalization

QGP phase?

Mixed phase

g, g* e+e-, m+m-

p, K, p, n, f, L, D, X, W, d,…

Soft hadrons reflect medium properties when inelastic collisions stop (chemical freeze-out).

Hard processes (early stages): Real and virtual photons, high pT particles.

Эволюция столкновения ядер

LINC-2005


Sps rhic

Фотонное излучение из столкновений ядер уникальный инструмент исследования свойств сгустка экстремально возбуждённой материи

  • Фотоны, рождённые в сгустке в процессе его эволюции, (так называемыепрямые фотоны) испытывают толькоэлектромагнитное взаимодействие с окружающей горячей плотной материей.

  • Длина свободного пробега фотона много больше размеров сгустка.

     После своего рождения прямой фотон покидает сгусток без перерассеяния и поэтому несёт информацию о состоянии сгустка в момент своего рождения.

    Прямые фотоны несут информацию о свойствах сгустка на всех этапах его эволюции, включая самую раннюю фазу максимального разогрева.

LINC-2005


Sps rhic

Нетепловые

Тепловые

Излучение жёсткого

партона в среде

Предравно-

весные

фотоны

QGP

Адронный газ

Начальные

жёсткие

взаимодей-

ствия

pQCD or prompt photons

Источники фотонов в столкновениях ядер

Фотоны из A+A взаимодействия

Прямые фотоны

Распадные фотоны

Фаза после разлёта

Фаза эволюции сгустка

Начальная фаза

Взаимодействие жёсткого партона со средой

LINC-2005


Sps rhic

Фотонные сигналы

  • Энергетические спектры прямых фотонов

  • Измерение температуры сгустка, прежде всегоначальной температуры

  • Бозе-Эйнштейновские корреляции (Hunberry-Brown –Twiss)прямых фотонов

  • Измерение пространственно-временных размеров сгустка

LINC-2005


Sps rhic

Decay photons

hard:

thermal:

Энергетические спектры фотонов

LINC-2005


Sps rhic

Эксперимент WA98 в ЦЕРН

  • 21 институт

  • Германия

  • Голландия

  • Индия

  • Польша

  • Россия

  • РНЦ «Курчатовский Институт»

  • ОИЯИ

  • США

  • Швеция

  • ЦЕРН

  • Чехия

158 ГэВ/ нуклон Pb-Pb

 S = 17 ГэВ/NN

LINC-2005


Leda wa98

Электромагнитный калориметр LEDA ключевой детектор эксперимента WA98разработан и создан РНЦ «Курчатовский Институт»

Калориметр LEDA  10080 модулей из свинцового стекла

Площадь: 16м2,

Расстояние до мишени: 21.5 м

Свинцовое стекло ТФ1

4040400 мм3

14.3 радиационных длин

ФЭУ- 84

Индивидуальные высоковольтные источники (Кокрофт-Уолтон)

LINC-2005


Sps rhic

Основная цель эксперимента WA98  поиски и исследование сигналов прямых фотонов

Основная трудность – очень большой, принципиально неустранимый, фон фотонов от распадов долгоживущих резонансов (90% - от распадов 0 – мезонов)

  • Выделение сигналов прямых фотонов на статистической основе

  • Измерение спектров прямых фотонов

  • Измерение инклюзивных спектров фотонов для событий разных классов центральности

  • Измерение инклюзивных спектров 0 и  - мезонов для событий тех же классов центральности

  • Расчёт (Монте Карло) инклюзивных спектров фотонов от радиационных распадов 0,  - мезонов и других долгоживущих резонансов

  • Спектр прямых фотонов находится как разность измеренных и рассчитанных инклюзивных спектров фотонов

LINC-2005


Sps rhic

РНЦ «Курчатовский Институт» в эксперименте WA98 в ЦЕРН

Извлечение сигнала 0 мезона

  • Метод смешанных событий

  • Спектр инвариантных масс пар фотонов из одного и того же события

  • Спектр инвариантных масс пар фотонов из разных событий

Сигнал  1%

LINC-2005


Pb pb wa 98 wa98 collaboration phys rev lett 85 2000 3595

Обнаружение прямых фотонов в центральных столкновениях Pb-Pb в эксперименте WA98WA98 Collaboration, Phys. Rev. Lett. 85 (2000)3595

Сигнал прямых фотонов в инклюзивном спектре фотонов из центральных столкновений Pb-Pb при энергии  s = 17 ГэВ/NN

Периферические столкновения

Центральные столкновения

Периферические

столкновения

Центральные

столкновения

  • Впервые обнаружены прямые фотоны в столкновениях ультрарелятивистских ядер.

  •  Для центральных столкновениях Pb-Pb в инклюзивном спектре фотонов наблюдается чёткий сигнал прямыхфотонов в интервале поперечных импульсов pT> 1.5 ГэВ/с

LINC-2005


Wa98 collaboration phys rev lett 85 200 0 3595

Спектр прямых фотоновWA98 Collaboration, Phys. Rev. Lett. 85 (2000)3595

Сигнал тепловых фотонов ?

LINC-2005


Wa98 wa98 collaboration phys rev lett 022301 2004

Эксперимент WA98Интерферометрия прямых фотоновWA98 Collaboration, Phys. Rev. Lett. 022301(2004)

Корреляционные функции пар фотонов из центральных столкновений Pb-Pb при энергии  s = 17ГэВ/NN

KT = (1/2)(pT(1) + pT(2))

KT = (1/2)(pT(1) + pT (2))

Qinv = |p1-p2|

C2(Qinv) = A(1 + exp(-R2invQ2inv))

l~ 2·10-3

C2(Qinv)=Nreal(Qinv)/Nmix(Qinv)

LINC-2005


Wa98 wa98 collaboration phys rev lett 022301 20041

Эксперимент WA98Инвариантные радиусы WA98 Collaboration, Phys. Rev. Lett. 022301(2004)

C2(Qinv) =1 + l/(4p) ∫ do exp{ - Qinv2 (Rs2 sin2q sin2f + Rl2 sin2q cos2f )

- (Qinv2 + 4KT2)cos2q Ro2 }

Rpplong

Rgg

Rppside

(for massless particles!)

Rinv = f(Rs,Rl)

Erf(2KTRo)

linv = l

2KTRo

Pion correlation radii:

WA98collaboration,

Phys. Rev. C67 (2003) 014906.

LINC-2005


Wa98 collaboration phys rev lett 022301 2004

Спектр прямых фотоновWA98 Collaboration, Phys. Rev. Lett. 022301(2004)

Correlation method:

The lowest yield (Ro=0)

Most probable yield (Ro=6 fm)

Ngdir = Ngtotal√2l

Subtraction method

Subtraction method,

upper limit

Predictions

Erf(2KTRo)

linv = l

hadronic gas

2KTRo

QGP

pQCD

sum

Predictions:

S. Turbide, R. Rapp, and C. Gale,

Phys. Rev. C 69(014902), 2004.

Tin~ 250 MeV

LINC-2005


Rhic relativistic heavy ion collider

RHIC: Relativistic Heavy Ion Collider

  • окружность: 3,83 км

  • 2 независимых кольца

  • 6 пересечений, 4 эксперимента:

  • Максимальная энергия в нуклон-нуклонной системе центра масс

    • 200 ГэВдляAu-Au

    • 500 ГэВ для p+p

  • Пучки:

    • Au+Au, sNN=200 GeV, sNN = 130 GeV, sNN = 19.6 GeV

    • p+p, sNN= 200 GeV

    • d+Au sNN= 200 GeV

LINC-2005


Phenix pioneering high energy nuclear interaction experiment

Event characterization detectors in middle

Two central arms for measuring hadrons, photons and electrons

Two forward arms for measuring muons

Эксперимент PHENIXPioneering High Energy Nuclear Interaction eXperiment

LINC-2005


Sps rhic

12стран, 57 институтов

LINC-2005


Phenix

Электромагнитный калориметр эксперимента PHENIX

  • PbGl (LEDA)

  • 9216 модулей из свинцового стекла ТФ1 с фотоумножителями ФЭУ-84

  • Размеры модуля: 4 см x 4 см x 40 см

  • PbSc

  • 15552 модулей свиней-сцинтиллятор

  • с фотоумножителями ФЭУ-115М

  • Размеры модуля: 5.5 cm x 5.5 cm x 37 cm

  • Сравнение результатов, полученных двумя разными технологиями - очень важно для оценок систематических ошибок.

Калориметр LEDA по завершении измерений в эксперименте WA98 в ЦЕРН стал одним из ключевых детекторов эксперимента PHENIX

LINC-2005


Sps rhic

Обнаружение подавления выходов 0 – мезонов в центральных столкновениях Au-Au

PHENIX Collaboration, Phys. Rev. Lett.88 (2002) 022301

PHENIX

Подавление выходов адронов с высокими импульсами, вызванное явлением гашения струй в горячей плотной среде.

X. N. Wang and M. Gyulassy,

Phys. Rev. Lett. 68 (1992) 1480

Первое наблюдение сильного подавления выхода нейтральных пионов с высокими поперечными импульсами в центральных столкновениях Au-Au.

PRL 88 (2002) 022301

Гашение струй=QGP или эффекты начальной фазы ??

LINC-2005


Au au s 200 nn

Для получения тепловых фотонов необходимо уменьшить систематическую ошибку

Обнаружение прямых фотоновв столкновениях Au+Au при энергии  s = 200 ГэВ/NN

0

RAA(pT> 6.0 GeV/c)в зависимости от класса центральности

Сигналы прямых фотонов для разных классов центральности:

(/0)meas(/0)backvs pT

Выходы прямых фотонов для разных классов центральности

LINC-2005


Phenix1

Предсказания по выходу прямых фотонов для эксперимента PHENIX

D.d'Enterria and D.Peressounko,nucl-th/0503054

LINC-2005


Sps rhic

Заключение

  • Исследования свойств экстремально возбуждённой материи в столкновениях ядер сверхвысоких энергий представляют собой одно из ключевых направлений программы фундаментальных исследований Российского научного центра «Курчатовский Инстиут».

  • Эти исследования базируются на уникальных ускорительных установках Европейской Организации Ядерных Исседований (ЦЕРН) и Брукхейвенской национальной лаборатории в США в рамках международных мегапроектов.

LINC-2005


Sps rhic

Результаты эксперимента WA98 на ускорителе SPS в ЦЕРН

PRL 85 (2000)3595, PRL 93(2004)022301

  • Впервые обнаружены сигналы излучения прямых фотонов в столкновениях ядер сверхвысоких энергий.

 В инклюзивных спектрах фотонов, испускаемых в центральных столкновениях Pb-Pb при энергии  s = 17 GeV/NN

В распределениях пар фотонов, испускаемых в центральных столкновениях Pb-Pb при энергии  s = 17 GeV/NN, по их относительному 4-импульсу (корреляции Ханбери-Брауна и Твисса)

  • Впервые получена оценка начальной температуры термализованного сгустка, образующегося в результате столкновения,  ~ 250 МэВ.

LINC-2005


Sps rhic

Результаты эксперимента PHENIX на коллайдере RHIC в БНЛ

  • Получены выходы прямых фотонов в реакции Au + Au.

  • Для Pt> 3 ГэВ выход фотонов совпадает с рQCD теорией (бинарный скейлинг ~ 1)

  • Сигнал от тепловых фотонов пока не наблюдался. Требуется дополнительный анализ с целью улучшения точности.

LINC-2005


Sps rhic

BACKUP SLIDES

LINC-2005


Phenix2

Сравнение теории с даннымиэксперимента PHENIX

All calculations predict

considerable thermal

contribution below 3 GeV

All calculations agree with

data within errors.

Calculations with similar

initial time (temperature)

result in similar spectra.

Dependence on used

emission rates and details

of description of evolution

is modest.

LINC-2005


Sps rhic

10-15%

5-10%

0-5%

Классы центральности

Spectators

Participants

Peripheral

Central

  • Centrality selection : Sum of Beam-Beam Counter

  • (BBC, |h|=3~4) and energy of Zero-degree calorimeter (ZDC)

  • ExtractedNcollandNpartbased on Glauber model.

LINC-2005


G p 0 measured g p 0 simulated peripheral

(g/p0)measured / (g/p0)simulated : Peripheral

PbGl and PbSc consistent with no g excess in peripheral

LINC-2005


G p 0 measured g p 0 simulated central

(g/p0)measured / (g/p0)simulated : Central

1s systematic errors

No photon excess seen within errors

Working on better understanding of systematics

LINC-2005


Why photon p p

Why Photon (p+p) ?

  • Photon in p+p is a good probe for the parton structure.

    • Leading process

    • Higher order

    • Bremsstrahlung Process

  • Why RHIC?

    • RHIC provides the highest energy as p+p collisions.

      • Very unique

      • As a basic for gluon spin measurement in the future.

      • A reference for d+Au and Au+Au.

  • compton

    annihillation

    +

    Higher Order

    et.al.

    Photon in p+p is

    a testing ground of pQCD

    LINC-2005


    Why photon au au

    Why Photon (Au+Au)?

    Realistic Calculation

    • Photon source

      • pQCD photons

        • Compton

        • Annihilation

        • Bremsstrahlung

      • Photons from jet quenching

      • Thermal photons

        • From hadron GAS

        • From QGP

    Thermal photon is a good probe for QGP temperature

     Target 1-3GeV

    PRC69(2004)014903, Turbide, Rapp, Gale

    LINC-2005


    Conclusion

    Conclusion

    • p+p collisions

      • NLO pQCD calculation can describe our data

        • Sum of direct part and fragmentation part.

      • Fit in xT scaling with other experiment

    • d+Au collisions

      • comparison with NLO-pQCD

        • Result in d+Au collisions is consistent with the binary-scaled NLO-pQCD calculation.

      • Nuclear Modification Factor

        • Consistent with 1  No modification within the errors

        • Prompt photon production in d+Au can be described as binary scaling

        • Result is consistent with 0

    LINC-2005


    Strategy of isolation method

    Eg

    photon

    photon

    hadron

    R

    jet

    [email protected]

    [email protected]

    [email protected]

    Isolation cut to reduce background

    What is the efficiency by this cut for signal 1)&2)Next slide

    Strategy of Isolation Method

    (1)Signal(direct)

    (2)Signal(fragmentation)

    (3)Background(hadron decay)

    compton + annihilation

    LINC-2005


    Conclusion1

    Conclusion

    • Au+Aucollisions.

      • High pT photon

        • Binary Scaling and pQCD calculation

      • Consistent with 1

        • No modification within the errors

        • Support jet quenching scenario observed as pion suppression

      • No thermal photon signal yet.

        • We’re analyzing the run4 Au+Au data. Plan to have the preliminary result.

    LINC-2005


    Result

    Result

    • Two methods

      • Subtraction method

      • isolation method

        • To be smaller by 20-40%

    • They are not different as we expected from pQCD calculation

      Rjection for fragmentation photon

      Is not perfect

      or

      Most of measured photon are

      From direct process

      (compton, annihilation, or NLO)

    LINC-2005


    Pbgl em calorimeter

    PbGl EM Calorimeter

    Lead Glass calorimeter

    Lead Glass 40x40x400mm

    used at WA98 exp.

    4x6 towers = 1 super module

    15*12 super module = 1 sector

    LINC-2005

    PbGl sector 2.1m x 3.9m


    Pbsc em calorimeter

    PbSc EM Calorimeter

    Sandwich type calorimeter

    Lead plates 55.2x55.2x1.5mm

    Scintillator plates 110.4x110.4x4mm

    Shish-kebab geometry wave shifter fiber readout

    6x6 fibers  1 PMT = 1 tower

    2 x 2 towers = 1 module

    6 x 6 module = 1 super module

    6 x 3 super module = 1 sector

    LINC-2005

    PbSc sector 2.0m x 4.0m


    Analysis procedure i

    Start with all photons

    in a given pT bin

    p0-Tagging:

    Determine number of photons in this bin which form inv. mass in p0 range with any other hit

    Subtract combinatorial background

    Correct for tagging efficiency and contribution from h, w, h’

    Tagging efficiency from Monte Carlo simulation

    Contribution from h,w,h’,…

    Analysis Procedure (I)

    Nall: Number of inclusive gin a given pT bin

    LINC-2005


    Isolation cut i

    Isolation cut should remove contribution from bremsstrahlung

    Difficult to determine the efficiency of the isolation cut

    Isolation Cut (I)

    R

    Isolation cut

    in this analysis

    Eg

    NLO pQCD calculation by W. Vogelsang (p+p at s=200 GeV)

    direct

    brems.

    LINC-2005


    Why direct photons ii

    Why Direct Photons? (II)

    • A+A collisions

      • Photons don’t strongly interact with fireball

      • Carry information about early stage of collision

      • QGP potentially detectable via thermal photon radiation

      • Thermal photons dominantly from early, hot QGP phase: initial temperature

      • Direct Photons at high pT

        • Allow test of Ncoll scaling for hard processes

        • Important for interpretation of high-pT hadron suppression at RHIC

    LINC-2005


    Realistic calculation

    Window for thermal photons from QGP in this calculation:pT = 1 - 3 GeV/c

    Realistic Calculation

    Turbide, Rapp, Gale, Phys. Rev. C 69 (014903), 2004

    LINC-2005


    Measurement of direct photons

    Measurement of Direct Photons

    Handy formula:

    • Get clean inclusive-photon sample

      • e.g. subtraction of charged particle background

    • Measure pT spectrum of p0 and h mesons with high accuracy

    • Calculate number of decay photons per p0

      • Usually with Monte-Carlo

      • mT scaling for h’, w, …

    • Finally:Subtract decay background from inclusive photon spectrum

    LINC-2005


    Cancellation of systematic errors

    Systematic errors (e.g. energy scale non-linearity)partially cancel in this ratio

    Cancellation of Systematic Errors

    LINC-2005


    Direct photon production in p p hard scattering

    Processes in perturbative QCD

    Compton:

    Annihilation:

    Bremsstrahlung

    Typically 20-30% uncertainty in pQCD calculations related to choice of scales

    Compton

    LO

    Annihilation

    Bremsstrahlung

    Direct Photon Production in p+p: Hard Scattering

    LINC-2005


  • Login