Création d’une matière atypique à RHIC

Création d’une matière atypiqueàRHIC

1975 - 2005 • D’où sommes-nous partis ? • Des collisions d’ions lourds pour caractériser la QCD (N corps) A+A versus p+A « milieu QCD froid » , p+p « vide QCD » • De sNN= 4.7 GeV (AGS@BNL) à sNN= 200 GeV (RHIC@BNL) Plasma de Quarks et de Gluons RHIC crée un sQGP, un système sous forte interaction A des densités d’énergie les plus hautes jamais atteintes (e>5GeV/fm3) Similaire à un fluide (hydrodynamique) presque parfait et qui atteint un équilibre chimique à l’hadronisation (Tchem ~ Tcrit) Avec une forte collectivité, dès les premiers instants (1fm/c) Avec des degrés de liberté compatibles avec les quarks constituants Avec des densités de gluons les plus fortes jamais estiméesdN/dy~1000 Où en sommes-nous ?

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 - autrans, juin 2005

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 - autrans, juin 2005

F Karsch NPA698(2002)199 Tc ~ 170 MeV c ~ 0.7 GeV/fm3 • Absence d’interaction entre les partons • Transition de phase du 1er ou 2nd ordre Le Plasma de Quarks et de Gluons … …aujourd’hui christelle roy - autrans, juin 2005

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 - autrans, juin 2005

NA50 Énergie transverse Centralité Les signaux du SPS Le charme du SPS Suppression du J/ christelle roy - autrans, juin 2005

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 - autrans, juin 2005

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 - autrans, juin 2005

pR2 t0 ~ 1 fm/c <dET/dh> ~ 650 GeV (top 5% central) Multiplicité et densité d’énergie au TOP Bjorken: matière sans interaction en expansion longitudinale e = 1/(R2t0)[dET/dh] Progression monotone de la multiplicité e = 5.5 GeV/fm3 (3.2@SPS) • x 1.7 par rapport au SPS • > ec(QCD) ~1 GeV/fm3 christelle roy - autrans, juin 2005 PHENIX PRL87(2001)52301;NA49 PRL75(1995)3814

99.5% Le Bulk Les empreintes de la collision • Amplitude des spectres  Propriétés chimiques du système • Forme des spectres  Propriétés dynamiques du système christelle roy - autrans, juin 2005

3) Paramètre de saturation en étrangeté Collisions centrales : s  1 (0.75@SPS) 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) Au RHIC : le système est à l’équilibre chimique christelle roy - autrans, juin 2005

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 - autrans, juin 2005

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 - autrans, juin 2005

Fonction d’excitation du flot Limite hydrodynamique atteinte (nouveau) Flot elliptique important (déjà le cas au SPS) Huovinen,Kolb,Heinz,Ruuskanen,Voloshin PLB503(2001)58 • Phases hadronique + plasma • Thermalisation très tôt (ttherm~1fm/c) christelle roy - autrans, juin 2005

Émergence de degrés de liberté pertinents Calculs hydrodynamiques 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 P Huovinen, P Kolb, U Heinz, P Ruuskanen, S Voloshin PLB503(2001)58 PHENIX PRL91(2003)182301 / STAR PRL92(2004)052302 christelle roy - autrans, juin 2005

PRL91(2003)241803 PDF : CTEQ6M KKP FF Kretzer FF Les grands pt en pp (référence) et pQCD p+p 0+X p+p h+X • Bonne description théorique (NLO pQCD) • Référence bien calibrée (expérimentalement et théoriquement) christelle roy - autrans, juin 2005

Production à grands pt et pQCD Collisions centrales Collisions périphériques Données AuAu périphériques en accord avec pp et pQCD (+loi d’échelle selon Ncoll) Fort déficit dans les collisions AuAu centrales christelle roy - autrans, juin 2005

jet parton nucleon nucleon Déficit des jets à grands pt • 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 - autrans, juin 2005

Au + Au d + Au d2N/dpTd (Au+Au) RAA = NColld2N/dpTd (p+p) « Voir » l’existence d’un milieu dense L’un des résultats les plus significatifs La découverte à RHIC du jet quenching 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 - autrans, juin 2005

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 - autrans, juin 2005

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 - autrans, juin 2005

Le CGC proposé comme précurseur • Conditions initiales à RHIC : ions lourds + énergies élevées • Densité de partons (gluons) très élevée • Noyaux en collision décrits comme des états gluoniques hautement saturés  “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 - autrans, juin 2005

sQGP pour strongly interacting QGP 1975 - 2005 • D’où sommes-nous partis ? • Des collisions d’ions lourds pour caractériser la QCD (N corps) A+A versus p+A « milieu QCD froid » , p+p « vide QCD » • De sNN= 4.7 GeV (AGS@BNL) à sNN= 200 GeV (RHIC@BNL) Plasma de Quarks et de Gluons RHIC crée un sQGP, un système sous forte interaction A des densités d’énergie les plus hautes jamais atteintes (e>5GeV/fm3) Similaire à un fluide (hydrodynamique) presque parfait et qui atteint un équilibre chimique à l’hadronisation (Tchem ~ Tcrit) Avec une forte collectivité, dès les premiers instants (1fm/c) Avec des degrés de liberté compatibles avec les quarks constituants Avec des densités de gluons les plus fortes jamais estiméesdN/dy~1000 Où en sommes-nous ?

Du charme Eskola, Honkanen, Salgado,Wiedemann NPA 747(2005)511 ^ ^ q=5 GeV2/fm q=15 GeV2/fm Des photons thermiques Que nous faut-il de plus ? Des débuts prometteurs mais… • Que devient la perte d’énergie ? • pQCD reproduit qualitativement la suppression mais  des aspects importants de E des partons : • rayonnement induit et son • interaction dans le milieu • différence gluon/quark (u,c…) • Constance du RAA avec pT • GLV : compromis entre E, • Cronin, shadowing • WW : feedback du domaine • des pT intermédiaires • EHSW : compromis entre E et • et le spectre en pT des partons • dont la pente augmente avec pT RAA insensible au milieu pour q>5GeV2/fm production des particules « épidermiques » non supprimées même aux densités les plus élevées. christelle roy - autrans, juin 2005

Création d’une matière atypique à RHIC