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Fisica Subnucleare Modulo: collisioni ultrarelativistiche di nuclei pesanti 4 a lezione

Fisica Subnucleare Modulo: collisioni ultrarelativistiche di nuclei pesanti 4 a lezione. Dr. Francesco Noferini. Sommario del modulo. Motivazioni: il deconfinamento Collisioni nucleo-nucleo Risultati sperimentali in collisioni nucleo-nucleo (SPS,RHIC) Risultati ad LHC e prospettive.

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Fisica Subnucleare Modulo: collisioni ultrarelativistiche di nuclei pesanti 4 a lezione

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Presentation Transcript

  1. FisicaSubnucleareModulo: collisioniultrarelativistichedi nuclei pesanti4alezione Dr. Francesco Noferini Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

  2. Sommario del modulo • Motivazioni: il deconfinamento • Collisioni nucleo-nucleo • Risultati sperimentali in collisioni nucleo-nucleo (SPS,RHIC) • Risultati ad LHC e prospettive Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

  3. LHC (Large Hadron Collider) Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

  4. L’esperimento ALICE • Capacità di rivelare diversi tipi di segnali (fisica variegata): • Alte molteplicità; • Identificazione delle particelle; • Misure di impulso; • Segnali leptonici (elettroni, muoni, …); • Misure di centralità; • Fotoni e segnali ad alto pT. Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

  5. TRD TOF TPC HMPID PMD ITS FMD T0,V0,ZDC Muon Arm PHOS Il rivelatore ALICE Solenoid magnet 0.5 T

  6. Range di identificazione in ALICE Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

  7. Produzionediparticelle in collisionipp Confronto (entro 1 ) tra ATLAS, ALICE, CMS a paritàdicondizionisperimentali η = 1 η = -1 η = 0  45o z Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

  8. Distribuzione di energia Distribuzionidiimpulso (energia) delleparticelleprodotte in collisionipp all’energienelcentrodimassadi 900 GeV e 7 TeV. Riferimento per collisioniPbPb e fisicadeijet Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

  9. Distribuzioni per particelle identicate Particelled’impulsotrasversosuperiore a 0.5 GeV/c sono state identificateutilizzandoil TOF (sez. Bologna) u TOF range u u u d u s Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

  10. Rapporti di particelle A LHC sonostatimisuratiirapportidiparticelle a voloridienergia e diimpulsotrasversopiùaltirispettoagliesperimentiprecedenti. Aumentodellaproduzionedimesoni con stranezza. Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

  11. Collisioni PbPb Event display di ALICE in collisioni PbPb Nelpassaggiodallecollisionipp a quellePbPbsipassa a scenaridielevatissimamolteplicitàdiparticelle (diverse migliaia in questoevent display) Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

  12. Parametro di impatto b Regione di sovrapposizione dei due nuclei Centralità in collisioni ione-ione Quark e gluoni prodotti nei primi istanti della collisione QGP Nucleoni (n,p) che non partecipano alla collisione La centralità della collisione può essere espressa anche in termini dei nucleoni che partecipano alla collisioni (Npart) Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

  13. dNch/dh vs. centralità (PbPb) Molteplicitàdiparticellecariche in eventi PbPb in funzionedellacentralità Fino a 1600 tracce cariche per unità di rapidità nelle collisioni più centrali Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

  14. Distribuzioni per particelle identicate (pp vs. PbPb) Le distribuzioni in impulso delle particelle hanno comportamenti diversi passando da collisioni pp a collisione PbPb (per esempio la produzione dei protoni si avvicina ad alto impuslo a quella dei pioni in collisioni centrali) u u u u d u s Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

  15. Identificazionediparticelle in singolieventi L’elevatamoltiplicità in collisioniPbPbcentraliconsentedimisurarechiaramenteipicchidelleparticellemaggiormenteprodotte in singolieventi. Fluttuazionineirapporti, evento per evento, dannoinformazionisulladinamicanelmeccanismodiproduzionediparticelle. Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

  16. Antimateria Segnalidi anti-elioosservatida ALICE in eventiPbPb MB. Alcunicandidati4He selezionati. Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

  17. Bjorken’s formula Transverse dimension S: SPS: J/ψ suppression Soppressione della J/ψ in funzione della densità di energia nella collisione. Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

  18. J/ψ a LHC (collisioni pp) La produzione della J/ψ in funzione dell’energia segue l’andamento delle previsioni pQCD al NLO Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

  19. 2v2 dN/dφ Strong QGP: il flusso ellittico Le particelle sono emesse più probabilmente lungo il piano di reazione L’espansione è guidata da un gradiente di pressione Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

  20. PRL 92 (2004) 052302; PRL 91 (2003) 182301 P. Sorensen Coalescenza L’anisotropia di tipo ellittico segue uno scaling con il numero di partoni costituenti: Se il flusso ellittico è prodotto nella fase partonica, quando il sistema adronizza ogni particella riceve un v2 e un pT in dipendenza del suo contenuto di quark. Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

  21. Elliptic Flow in ALICE Le misure a LHC del flusso ellittico sono già competitive con quelle di RHIC e l’identificazione di particelle permette di investigare diversi scenari Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

  22. Confronto tra le diverse specie Per collisioni ad alte centralità la descrizione dei modelli idrodinamici che funzionavano a RHIC non descrivono il flusso dei protoni Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

  23. Flusso ellittico per quark Anche normalizzando al numero di quark (coalescenza) i protoni si discostano dai pioni per alte centralità Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

  24. Un mezzo “colorato”: Il Jet Quenching Fotoni: no interazione con il mezzo. Adroni: interazione con il mezzo Rapporto tra i prodotti in collisioni AuAu e collisioni pp. Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

  25. Geometria della collisione Produzione di una coppia di Jet • Proprietà: • L1≠L2 • Forte dipendenza dal parametro d’impatto (b) • ΔEi aumenta con Li L1 L2 Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

  26. Correlazioni di particelle Il metodo tradizionale consiste nel considerare le distanze angolari tra una particella ad alto pT (particella leading) e tutte le altre particelle dello stesso evento con un pT elevato. Definite le due soglie di impulso trasverso (pTlead, pTassoc) si considerano gli eventi con almeno una particella carica di pT > pTlead e si graficano le distribuzioni angolari di tutte le particelle dell'evento con impulso pT > pTassoc. In tal modo si selezionano le correlazioni delle particelle appartenenti al jet la cui direzione è data dalla particella leading dell'evento. Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

  27. Correlazioni in due dimensioni: Δ- Δ Dh beam direction • Analisi in 2 dimensioni • Allungamento in Δ sotto il picco del jet: il “ridge” jet+ridge ridge  pTtrigger=3-6 GeV/c, 1.5 GeV/c <pTassociated< pTtrigger   jet ridge    Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

  28. “Ridge” in collisioni pp: CMS Correlazioni a lungo raggio: arXiv:1009.4122 Prima osservazionedisimilicorrelazioni in collisionipp in eventidialtamolteplicità Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

  29. Dipendenza dalla centralità periferiche centrali Contropicco: Sopressione del jet Spostamento del picco: Risposta del mezzo Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

  30. Correlazioni di particelle a LHC Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

  31. pTtrig=3-4, pTassoc=1-2 GeV/c 2-particle corr, bg, v2 subtracted near near d+Au min-bias Df2 p Dφ2=φ2-φtrig Medium Medium away away 0 0 p mach cone Df1 Au+Au 10% Df2 Dφ2=φ2-φtrig p dN2/dΔφ1dΔφ2/Ntrig 0 deflected jets 0 p Df1 Dφ1=φ1-φtrig conical flow? 3-particle correlation Three regions on away side: center = (p, p) ±0.4 corner = (p+1,p+1) ±0.4 x2 cone = (p+1,p-1) ±0.4 x2 difference in Au+Au average signal per radian2: center – corner = 0.3 ± 0.3 (stat) ± 0.4 (syst) center – cone = 2.6 ± 0.3 (stat) ± 0.8 (syst) L’effetto Mach cone non sivedeneidati a RHIC Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

  32. Correlazione a 3 particelle (LHC) 2.5 < pTTrigger < 4 GeV/c 1 < pTAssociated < 2 GeV/c Proiezione nella direzione fuori dalla diagonale Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

  33. Soppressione nei jet Produzione di una coppia di jet • In una collisione PbPb la la formazione di un mezzo denso (QGP) può portare alla soppressione di particelle di alto impulso • L1≠L2 • Forte dipendenza dal parametro d’impatto(b) • ΔEi aumenta con Li L1 L2 Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

  34. RAA ALICE, soprressione segnali con grandi momenti (jet quenching) STAR/ PHENIX ALICE Estesa la misuradijet quenchingall’energiadi 7 TeV e fino ad impulsidi 20 GeV/c

  35. Ancora sul rapporto RAA a LHC Dipendenza dalla centralità, energia del jet e quark Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

  36. Jet quenching in PbPb@2.76 ATeV ATLAS Assimmetria nell’energia dei jet (leading - subleading): definizione comune ad ATLAS e CMS arXiv:1102.1957 Correlazione angolare dei jet leading e jet subleading Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

  37. Jet quenching (ATLAS e CMS) • Passando da collisioni periferiche a collisioni centrali: • il jet subleading ha un’energia più piccola del jet leading • la correlazione angolare si allarga

  38. Jet quenching (CMS) Submitted to Phys. Rev. C Passandodajet subleading con piccolo quenching a quelli con altro quenching è statoosservato un sensibilecambionella forma del jet Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

  39. Conclusioni Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14 • L’attività ad LHC (2009-2010) ha permesso la caratterizzazione degli eventi in collisioni pp e PbPb in intervalli di energia e di molteplicità fino ad allora inesplorati con il contributo di tutti gli esperimenti principali • Nel Novembre del 2010 abbiamo avuto le prime collisioni PbPb e sono stati osservati in breve tempo segnali interessanti in alcuni casi confrontabili con quelli del RHIC per precisione • L’innovazione nei rivelatori ha permesso inoltre di ampliare il numero di osservabili: • Identificazione di particelle a impulsi più elevati (ALICE-TOF) • Jet ad altissimo impulso per l’analisi del jet quenching in collisioni PbPb (ATLAS e CMS)

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