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クォークグルーオンプラズマ 　　　　　　　物性研究が開く扉

クォークグルーオンプラズマ 　　　　　　　物性研究が開く扉. 鳥井　久行　 ( 東大 CNS 特任助教 ) 東大駒場格理論研究室セミナー 2011/07/06. 目次. イントロ 物性研究の実例と新発見 ジェットクエンチング 粘性 カラースクリーニング 2020 年の 2 月に何かが起こる？ 将来展望 初期条件測定 Low-x の物理 QCD 相図の完全理解へ向けて 「ルミノシティーフロンティア」実験. dense: energy loss of (even heavy) quarks

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クォークグルーオンプラズマ 　　　　　　　物性研究が開く扉

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  1. クォークグルーオンプラズマ　　　　　　　物性研究が開く扉クォークグルーオンプラズマ　　　　　　　物性研究が開く扉 鳥井　久行　(東大CNS特任助教) 東大駒場格理論研究室セミナー 2011/07/06

  2. 目次 • イントロ • 物性研究の実例と新発見 • ジェットクエンチング • 粘性 • カラースクリーニング • 2020年の2月に何かが起こる？ • 将来展望 • 初期条件測定 • Low-xの物理 • QCD相図の完全理解へ向けて • 「ルミノシティーフロンティア」実験

  3. dense: energy loss of (even heavy) quarks • jet quenching (high pT suppression) • jet modification • partonic: quarks’ degrees of freedom, screening • constituent quark number scaling of collective motion • J/Y suppression • strongly coupled: perfect fluidity • hydro-dynamical collective motion • hot: thermally radiative • thermal (virtual) photons RHICからの結果:存在証拠 The matter is dense The matter is strongly coupled The matter may melt and/or regenerate J/y’s The matter modifies jets The matter is hot

  4. ‘Volume’ at decoupling Alice error: stat + syst QGP物性研究最前線～LHC～ • LHC加速器を用いた世界最高エネルギー重イオン衝突 • 2010/11/8： s=2.76TeV実験開始 • 現在までにRHICと比較して • 最大1.5-2倍のハドロン減衰 • 3倍のEnergy Density • 2倍の体積 • +20%のlifetime

  5. 研究の学術的背景 2010年5月刊行 「サイエンスマップ2008」抜粋 • QGP存在は1980年代から示唆。 • QCD物質の極限状態！ • Big Bang直後（10-10秒後）の宇宙初期の状態 • 過去30年に渡り加速器実験により存在が確証 • 特にRHICにおける、ハドロン生成の強い抑制や熱平衡状態の観測、さらに流体力学的振る舞いが強い証拠と成っている。探索にピリオドが打たれた。 • QGP探索からQGP物性研究へ新たなフェーズに移りつつある。 2008年「強く相互作用する量子多体系」

  6. 物性研究の最先端と新発見 RHIC/LHCからの最新の結果を物性研究という視点から読み解きながら紹介すると共に、新しい発見に焦点を合わせる。

  7. エネルギー密度測定 • ジェットクエンチング • 様々なモデル • 平均自由行程<->Lとの関係の違い: thin or thick? • Radiative or collisional energy loss • Radiativeenergy loss • Multiple soft scattering • BDMPS (LPM) or AMY • Few hard scattering • DGLV, Higher-twist framework • Collisional energy loss • Full calculation including the running of alpha_S • 片方だけで実験を説明することも可能。両方取り入れて比較していくのが正しいのでは？

  8. QM2006(Shanhai) by A. Majumder

  9. クエンチングモデルとの比較 PHENIX, PRC77(2008)064907 Large difference in medium density: GLV, AMY: T = 300-400 MeV BDMPS: T ~ 1000 MeV Different calculations use different geometries – not clear what dominates

  10. 理論比較：TECHQM “Brick Problem” • Models fitted to RAA using modified c2 analysis • 1s uncertainty band indicated q0 for multiple-soft approx 4x opacity expansion (T0 factor 1.5) See more detail: https://wiki.bnl.gov/TECHQM/ (since 2008)

  11. 最新のRHIC/LHC結果からの新発見 E1 E2 e2 e1 新発見１: 特異なジェットクエンチング パートンの方向は変化しないソフトなグルーオン放射 ジェット化（破砕化）は真空中 新発見２: 失われたエネルギーのソフト化 ジェット外の領域（R>0.8）にソフト粒子生成再加熱？マッハコーン 新発見３:pQCDクエンチモデルの崩壊

  12. 新発見１：特異なクエンチ No Stronger angular deflection!!!ソフトグルーオン ジェットの形はp+pと変化なし

  13. 新発見２：失われたエネルギー • CMS • ジェットバランス平均=0.2 • Leading Jet : 120GeV • Second Jet : 平均 80GeV • 残り40GeVが失われたことになる。 • 半分はR>0.8のコーン外側へ • STAR • ジェットハドロン相関 • Leading Jet : 10GeV-20GeV • Hadron : <10GeV • 幅 • >4GeVでR<0.3 : p+p = A+A • <4GeVでR=0.8(A+A)

  14. 新発見３：pQCDの危機 v2 data favors dE/dx ~ l3 (like AdS/CFT) v2explained by cubic path length dependence (like AdS/CFT) v2 not explained by pQCD (even with fluctuations & saturation) AdS/CFT pQCD PRL 105, 142301 pQCD AdS/CFT Theory calculations: Wicks et al., NPA784, 426 Marquet, Renk, PLB685, 270 Drees, Feng, Jia, PRC71, 034909 Jia, Wei, arXiv:1005.0645 RAA explained by both models

  15. 結論にはまだ早い

  16. 粘性測定 • LHCにおいても完全流体：低い粘性を示す PRL105,252302(2010) ALICE

  17. 新発見１：マッハ構造＝3次のfluctuation Ridge and Mach cone are explained as sum of v2+v3+v4+… ホットスポットからのfluctuationの３次項（奇数項）で説明つく？

  18. ホットスポットでリッジ構造再現？ Slide from Guo-Liang Ma (with X.N.Wang) AMPT Model

  19. 新発見２：初期条件依存性 • Glauber & 4/s=1を支持：初期条件の理解が重要

  20. The data show that the 2s/3s are reduced as compared to the 1s. Color Screening ～Y(2S,3S)溶解～

  21. RAA 新発見？：J/Y suppression and flow Phenix mm • LHCではRHICより少ない減衰？？？ • 注意：LHC(2.5<y<4), RHIC(1.2<|y|<2.2) • LHC(2.5<y<4)ではRAAにして0.5程度のCNM(cold nuclear matter)効果。 • coalescenceモデルの収量の増加で説明付けられるか？ • J/ψのv2はゼロ？？？ • Coalescenceモデルでは説明付く？ • 正しい理解のためには、CNM effectの理解が重要！

  22. ２０２０年２月？ 1848年2月、フランス２月革命。共和政の樹立、ルイ＝ナポレオンが大統領へ

  23. HEPQM2010@Protvino "What is learned from the startup stage at PHENIX" by Hisa SPS after ~15 years on 10.02.2000 Super Proton Synchrotron (SPS) started operation in 1976 as a proton accelerator at the maximum energy of 300GeV and were gradually upgraded to a p-pbar collider, heavy nucleus accelerator, and ones with the maximum energy upto 450GeV. Various programs for heavy ion physics since mid-1980s February in 2000

  24. HEPQM2010@Protvino "What is learned from the startup stage at PHENIX" by Hisa RHIC after 10 years on 15.02.2010 Again February in 2010

  25. HEPQM2010@Protvino "What is learned from the startup stage at PHENIX" by Hisa LHC after 10 years on xx.02.2020? Press Release from SPS on 10thFebruary 2000 Press Release from RHIC on 15thFebruary 2010 Again February in 2020?

  26. 将来展望扉の向こうには何が？

  27. 将来動向～初期条件～ • 初期条件の測定は重要：CGC • p+A衝突＠LHC • 2014以降に計画 • ALICE Upgrade: 東大CNS/広大 • eRHICやLHeC • RHICやLHCに電子加速器を追加 • eRHIC: 10GeV + 250GeV/nucleon • xmin=10-4, Q2max=104 • 早くて2020年 • LHeC：50-150GeV + 2760GeV/nucleon • xmin=10-6, Q2max=106 • 他にもJLAB, GSIでの計画 • なにせ予算が、、、500億か1000億

  28. ALICE Upgrade : Forward Calorimeter • “Standard” W+Si (pad/strip) calorimeter First segment Second segment Third segment CPV Si Strip (X-Y) Tungsten Si pad • W thickness: 3.5 mm (1X0) • wafer size:9.3cmx9.3cmx0.525mm • Si pad size: 1.1x1.1cm2 • W+Si pad : 21 layers • 3 longitudinal segments • Summing up raw signal longitudinally in one segment • Single sided Si-Strip (2X0-6X0) • 2g separation, 6 inch wafer • 0.7mm pitch (128ch/wafer)

  29. 将来動向～QCD相図の完全理解へ～ FAIR Physics Book Phys. Rev. C77(2008)024903 NA49 10-50GeV/cのビーム(sqrt(s)=2-10GeV） RHIC/SPSでLow Energy Scan進行中 STAR, arXiv:0808.2041

  30. STAR@RHIC Low Energy Scan Signal of the CP??

  31. NA49@SPS Low Energy Scan

  32. NA49@SPS Low Energy Scan • 詳細は不明。QM2011で突然出てきた。

  33. 重イオン加速器の世代 インテンシティーフロンティア高密度QCD: “Beyond the SM” • 第一世代 • 稼働：1960年代から • Fixed target at SIS-AGS-SPS • Lattice-QCD＝灯台に照らされて • 第二世代 • 提案：1980年台以降 • 稼働：1990年以降 • 高エネルギー＝コライダーへ • RHIC-LHC • “Standard Model”=QGPの探索の終結、そして物性研究へ。 • 第三世代（将来計画） • 提案：2000年台 • 稼働：2020年頃以降 • 高インテンシティー • 高密度を狙う。10-50GeV/cビーム。 • Low energy collider : NICA, RHIC • Fixed targetへ回帰: SIS, JPARC • “Beyond the SM”を目指して エネルギーフロンティア高温度QCD 将来計画　low-x：”Beyond the Saturation Model” 鳥井作成（参考文献はBackup slideに)

  34. Let’s Jump in!!

  35. ALICE実験 ここに居ます 2009年11月23日より陽子陽子衝突 √s= 900 GeV開始 共同研究者数はPHENIXの約３倍＝1/3の顔面積

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