1 / 37

Produkcja cząstek w wysokoenergetycznych zderzeniach ciężkich jonów

Produkcja cząstek w wysokoenergetycznych zderzeniach ciężkich jonów. Dlaczego się tym zajmujemy? mechanizm powstania hadronów (podróż do początków wszechświata) własności materii jądrowej w stanach ekstremalnych (dużej temperatury i gęstości)-> równanie stanu materii jądrowej (ewolucja gwiazd)

shaquille-charles
Download Presentation

Produkcja cząstek w wysokoenergetycznych zderzeniach ciężkich jonów

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. Produkcja cząstek w wysokoenergetycznych zderzeniach ciężkich jonów • Dlaczego się tym zajmujemy? • mechanizm powstania hadronów (podróż do początków wszechświata) • własności materii jądrowej w stanach ekstremalnych (dużej temperatury i gęstości)-> równanie stanu materii jądrowej (ewolucja gwiazd) • własnośći oddziaływań silnych (QCD) • własności hadronów w gęstej i gorącej materii jądrowej  problem generacjo mas hadronów

  2. Program I) Ogólny opis produkcji cząstek w zderzeniach jonów: • zmienne kinematyczne opisujące produkcję cząstek • ogólna charakterystyka obszarów badań (BEVELAC/SIS, AGS, SPS, RHIC,LHC) • model termiczny i statystyczny produkcji cząstek: założenia i porównanie z eksperymentem • produkcja cząstek dziwnych, powabnych II) Własności hadronów w materii jądrowej • symetria chiralna a pochodzenie mas hadronów • pojęcie funkcji spektralnej • spektroskopia dielektronów i dimionów III) Poszukiwanie plazmy kwarkowo-gluonowej • obserwacje „jet”-ów, czynnika jądrowego oraz pływu materii w zderzeniach URHIC IV) Metody eksperymentalne: przykłady detektorów (detektory będą omawiane przy okazji przykładów eksperymentów)

  3. Natura Quark-Gluon Plasma Dziś Nukleony Jądra at. Atomy Big-bang 10 –6 sec 10 –4 sec 3 min 15 miliardów lat Experiment Back to big-bang Podróż do początku wszechświata

  4. t=300 000 lat ~ 1 eV ~3000 K t=10-12 s ~ 1 TeV -LHC

  5. dzisiaj Hubble Expansion Ekspansja Hubble powstanie galaktyk dominacja materii Promieniowanie tła Nukleosynteza powstaniehadronów Materia kwarkowo gluonowa Grand unification Planck epoch Kalendarz wszechświata T = 100 MeV T = 1.16*1012 K słońce : T=1.1*107 K Reakcje ciężkojonowe URHiC

  6. Dowody na "wielki wybuch" • Ekspansja wszechświata (prawo Hubbla) • Promieniowanie tła • Nukleosynteza • Czy można odwrócić bieg czasu i odtworzyć hadrosynteze z materiiKwarkowo-Gluonowej?

  7. Ekspansja wszechświata Pomiar prędkości ucieczki gwiazd poprzez przesunięcie ku czerwienilini spektralnych gwiazd (Efekt Dopplera) Pomiar odległości poprzez pomiar jasnościgwiazdzmiennych (Cefeidy)-wzorcowa świeca wszechświata

  8. Ekspansja wszechświata Pomiar prędkości ucieczki gwiazd poprzez przesunięcie ku czerwienilini spektralnych gwiazd (Efekt Dopplera) Linie absorpcji wodoru Vźródła e  p Słońce Daleka gwiazda

  9. Ekspansja wszechswiata E. Hubble, 1924 V = H · D Gwiazdy i galaktyki oddalają się od ziemi z prędkością (V) która zwiększa się z odległością (D) <H> = 70 km/s Mpc = 1/(15 ·109lat) ~ Hubble: co 5 sekund objętość wszechświata powiększa się o przestrzeń zajmowaną przez Drogę Mleczną

  10. Wielki wybuch Ekspansja ze stałą prędkością oznaczaże przed 15 Miliardamilatpowstał wszechświat. Wiek wszechświata= D/V = 1/H

  11. Pozostalość po wybuchu-poświata… promieniowanie ciała doskonale czarnego o T=2.725 K 2001-2006 Satelita WMAP odstępstwa od T=2.725 w skali 0.0002K ! 1989 satelita COBE Poświata z wszechświata który miał 380.000 lat i T=3000 K ! Wilson, Penzias’1964 -1978 Nagroda Nobla

  12. Nukleosynteza Materia widzialna we wszechświecie składa się głównie z : wodoru (H), Helu (4He), deuteru (2H) , trytu (3He) , Litu (7Li) w stosunku; 0.25 4He/H 10−32H/H 10−43He/H 10−97Li/H Model W. Wybuchu odtwarza te stosunki!

  13. Materia we wszechświecie • Znamy tylko 4% wszystkiego co nas otacza !! • co stanowi ciemną materię „Dark matter”? • co jest ciemną energią ? • dlaczego wszechświat „widzialny” składa się tylko • z materii a brak jest anty-materii?

  14. Problemy tWW

  15. Jak zbadać własności materii 10 mikrosekund po wielkim wybuchu?Czy własności hadronów (ich masy, rozpady) były wtedy takie jak dziś? poprzez produkcja cząstek w zderzenia relatywistycznych ciężkicj jonów

  16. Nucleon confinement (związanie) de-confinement Quark-Gluon matter nucleus

  17. Przebieg reakcji (ultra-relatywistycznej) Materia jądrowa: r0 = 0.17 /fm3 e0 = 0.16 GeV/fm3 przed zderzeniem Quark-Gluon Plasma Zderzenie podgrzanie i kompresja • r = 1.2 /fm3 • e = 3 GeV/fm3 •   4*10 -23s  10 fm/c • 1. Czas hadronizacji we wczesnym wszechświecie znacznie dłuższy ~ 30 s ( grawitacja !) • 2. Symetria materia-antymateria "fireball" Ekspansja i "zastygnieńcie składników". Pomiar T Brak oddziaływań pomiędzy hadronami Czas

  18. p L p K f e jet m g QGP Au Au Ewolucja w czasie zderzenia (Bjorken) Czas g e T = 120 MeV e = 0.06 GeV/fm3 T = 170 MeV e = 0.6GeV/fm3  Ekspansja T = 230 MeV e = 3 GeV/fm3 To = 0 MeV eo = 0.16 GeV/fm3 Przestrzeń 200 AGeV "collider"

  19. Diagram fazowy materii jądrowej 4x1012 Quark-Gluon Plasma 3x1012 3x1012 Temperature (K) 2x1012 Nuclear matter 1x1012 0 0 1 x 1018 2 x 1018 Density (Kg/m3) trajektoria reakcj A+A

  20. Fireball-kula ognista Photon Pion Kaon Lambda J/Psi pary e+e-

  21. Jak określić temperaturę? Z widma promieniowania fotonów (innych cząstek?) • Np: dla słońca poprzez pomiar fotonów i prawo Plancka • Dla wszechświata dzisiaj- promieniowanie tła (2.73 K)

  22. Pomiar temperatury powierzchni słońca Intensywność długość fali (nm) Widmo fotonów: rozkład bozonów Plancka M. Planck 1900 T = 6000 K gęstośc fotonów = 4 ·1012Photon/cm3

  23. Pomiar temperatury materii poprzez pomiar widm emitowanych cząstek Widmo pionów Intensywność Energia kinetyczna T = 100 MeV T = 1012 K 100 000 bardziej gorące niż słońce ! Nachylenie widma ~Temperatura w momencie zastygnięcia fireball thermall freeze-out Slope T = 100 MeV Rozkład Boltzmana cząstek termicznych (nierelatywistyczny):

  24. Energia termiczna (kT) może być zamieniona na energię nowych cząstek (mc2 ) Prawdopodobieństwo produkcjirozkład Bolztmana dn~ m-3/2exp(-Ekin/kT) Określenie abundancji cząstek pozwala na określenie temperatury i gęstości materii w momencie produkcji hadronów  "chemical freez-out"

  25. Temperatura Rozszerzająca się „kula ognista” Massa cząstki Obserwacja: ‘Temperatura zależy od masy cząstek" powód: Kula ognista rozszerza się z prędkością V. Materią uległa kompresji: Ekin 3/2kT + ½ mV2 T = 120 MeV Vekspansji = 0.55 c bezekspansji źródła keine Expansion

  26. Charakterystyka „mikro-wybuchu” prprędkość rozsz. [v/c] 130 MeV Temperatura [MeV] Energia wiązki

  27. √sNN [GeV] // // // // 10-30 158 [A GeV] // // // // 5.5 TeV! 17 200 GSI/Bevelac FAIRCERN RHIC LHC Bariony Hadrony(mez+barion) Partony(SQGP) ???? + partrony? 1-2 2 5-8

  28. Akcelaratory • NN->NNX X=mezon, para barion antybarion • Energia progowa: s=2*MN + MX • ale do tworzenia cząstek o nowym zapachu potrzeba więcej energii (stowarzyszona produkcja!) • np dziwność: NN->N K+ (S=1) (S=-1)

  29. GSI-Darmstadt

  30. SIS 100 SIS 18 2T (4T/s) magnets 18Tm (1.8 T magnets) U28+ 2.7 GeV/u 1012 ions/s protons 30 GeV 2.8x1013/s U73+ 1.0 GeV/u 109 ions/s Ni26+ 2.0 GeV/u 1010 protons 4.5 GeV 2.8x1013/s SIS 300 6T (1T/s) magnets U92+ 34 GeV/u 1010 s Secondary Beams Radioactive beams up to 1.5 GeV/u Antiprotons up to 30 GeV Storage and Cooler Rings Radioactive beams e-A collider HESR: Antiprotons 1.5- 15 GeV GSI-FAIR (od 2014) PANDA HADES p = Z/A*0.3*B*R [T, GeV/c]

  31. CERN • SPS : 1986 - 2003 • S and Pb ; up to s =20 GeV/nucl pair • hadrons, photons and dileptons • LHC : starting 2007 • Pb ; up to s = 5.5 TeV/nucl pair • ALICE and CMS experiments BNL • AGS : 1986 - 2000 • Si and Au ; up to s =5 GeV /nucl pair • only hadronic variables • RHIC : 2000 • Au ; up to s = 200 GeV /nucl pair • hadrons, photons, dileptons, jets

  32. BRAHMS PHOBOS STAR PHENIX RelativisticHeavyIonCollider RHIC

  33. Large Hadron Collider LHC am CERN Energie in einer Blei-Blei Kollision 1150 TeV = 0.18 mJ Faktor 300 höher als in SPS Experimenten sehr heisser Feuerball! T = 1000 MeV

  34. Detektory reakcji ciężkojonowych

  35. NA49 at SPS Pb+Pb @ 158 GeV/nucleon

  36. ALICE @ LHC TRD TPC ITS 60000 naladowanych czastek Start w 2008!

More Related