1 / 80

Podstawowe sygnały przejścia fazowego cząstki z kwarkami powabnymi, leptony, rezonanse...

Zderzenia Ciężkich Jonów’ 2002/2003. Podstawowe sygnały przejścia fazowego cząstki z kwarkami powabnymi, leptony, rezonanse. Tomasz Liwiński, Jan Pluta 1 .04. 2003. (Zderzenia relatywistycznych ciężkich jonów) = (wycieczka do stanu plazmy kwarkowo-gluonowej)

jamese
Download Presentation

Podstawowe sygnały przejścia fazowego cząstki z kwarkami powabnymi, leptony, rezonanse...

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. Zderzenia Ciężkich Jonów’ 2002/2003 Podstawowe sygnały przejścia fazowego cząstki z kwarkami powabnymi, leptony, rezonanse... Tomasz Liwiński, Jan Pluta 1 .04. 2003

  2. (Zderzenia relatywistycznych ciężkich jonów) = (wycieczka do stanu plazmy kwarkowo-gluonowej) Powrót do domu i pamiątki z wycieczki: Nie ma jednoznacznych dowodów przejścia fazowego

  3. r, w, f etc.. jet p K p m Time g e Space (z) Au Au Space-time Evolution of System at RHIC Hadronization (Freeze-out) + Expansion Mixed phase QGP phase Thermalization Pre-equilibrium Hadrons reflectthe bulk property of created system and its evolution!

  4. Sygnały (pamiątki ) leptonowe Leptony produkowane w oddziaływaniach kwark-antykwark nie oddziaływają silnie i łatwo opuszczają materię jądrową; ich droga swobodna jest duża i nie doznają oddziaływań wtórnych. Ich krotności i pędy zależą od rozkładów kwarków i antykwarków w plazmie, które z kolei określone są przez termodynamiczny stan plazmy w momencie produkcji tych leptonów. Formacja plazmy nie jest jedynym źródłem par leptonów. Występują także inne procesy, które trzeba umieć oddzielić. Drell-Yan - mechanizm: szczególnie ważny dla dużych mas inwariantnych.

  5. „Anatomia” rozkładu inwariantnych mas di-leptonów

  6. Tu – prezentacja Tomasza Liwińskiego Część pierwsza

  7. Produkcja powabu – Eksperyment NA38 Grupa NA 38 używała istniejących spektrometrów miuonowych w CERN-ie do pomiarów produkcji cząstek J/ dla trygerów o różnych wartościach przepływu energii poprzecznej ET. Rysunek przedstawia dane otrzymane dla 200 A GeV/c 16O + 238U. ZCJ 1-04-2003

  8. Produkcja powabu – Eksperyment NA38 Przedstawione zostały wydajności J/ znormalizowane do kontinuum –tj. rozkładu tła pochodzącego od innych efektów. Dla dwóch różnych wartości ET: ET0<28 GeV (lewo) i ET0 >50 GeV (prawo). Stosunki J/ powyżej kontinuum, zdefiniowane przez N/NC mają następujące wartości: N/NC = 9,3 ± 0,6 dla peryferyjnego i 5,9 ± 0,4 dla centralnego Widoczna jest więc 40% redukcja wydajności J/ (względem kontinuum) dla zderzeń centralnych w stosunku do zderzeń peryferyjnych. ZCJ 1-04-2003

  9. Produkcja powabu – Eksperyment NA38 Poniższy rysunek pokazuje zmienność pędu poprzecznego pT w produkcji J/ Tłumienie jest większe w regionie niskiego pT - w przybliżeniu około 2 razy między wysokim a niskim regionem pT. ZCJ 1-04-2003

  10. Produkcja powabu – Eksperyment NA38 Matsui i Satz przewidywali , zanim eksperyment wystartował iż tłumienie J/ powinno być szczególnym sygnałem dla tworzenia się plazmy kwarkowo-gluonowej. Zaprezentowany rysunek przedstawia ich koncepcję: Oddziaływania pomiędzy kwarkami i c w wolnej przestrzeni rosną tak jak rośnie ich wzajemny dystans. W plazmie kwarkowo-gluonowej natomiast V(c ) jest prawie równy temu w w wolnej przestrzeni jedynie w regionie r<r0, gdzie r0 jest przeciętną odległościom między sąsiednimi kwarkami a r jest odległością pomiędzy c i . Jeżeli r>r0, wtedy kwark ,dla przykładu, zaczyna oddziaływać raczej z sąsiednimi kwarkami u i d niż z odległym c, tworząc mezon (u , ...) ZCJ 1-04-2003

  11. Innymi słowy, oddziaływania pomiędzy c i są tłumione. – analogia QCD do ekranowania Debye’a. Jeżeli J/ jest zdefiniowany jako stan związany w wolnej przestrzeni to produkcja J/ w QGP powinna być tłumiona w wysokiej gęstości kwarków. W szczególności silne tłumienie (czy też zanikanie) J/ będzie występować gdy r0<r(J/). Ponieważ QGP będzie łatwiej tworzona w zderzeniach centralnych, obserwowane tłumienieJ/ w tych zderzeniach jest zgodne z tym scenariuszem. W dodatku obserwowana zależność pT jest modelowa, ponieważ pary c o niskim pT mogą pozostać wewnątrz QGP. ZCJ 1-04-2003

  12. Produkcja powabu – Eksperyment NA38 Powinniśmy być jednak ostrożni w związku z tym scenariuszem. W gazie hadronowym J/ oddziaływują z innymi mezonami i nukleonami. Absorpcja J/ przez mezony wektorowe może nie być niemożliwą. Ten efekt oddziaływania w stanie końcowym jest bardziej ważny dla zderzeń centralnych niż dla peryferyjnych, więc wydajność J/ może być dla nich bardziej tłumiona. Poza tym efekt ten powinien być bardziej zdecydowany w rejonie niskich pT J/. ZCJ 1-04-2003

  13. Wnioski Interesującym faktem zaobserwowanym w eksperymencie NA38 jest ponad 50% tłumienie J/. Jest ono duże dla wysokich wartości ET a także duże dla J/ z małymi wartościami pT. Obserwacje te wskazały jedną z dróg którymi można podążać kierując się ku tworzeniu plazmy kwarkowo-gluonowej, czy też oddziaływaniom w stanie końcowym w gazie hadronowym. ZCJ 1-04-2003

  14. Ekranowanie Debye’a w QGP Matsui i Satz W QGP, następuje ekranowanie ładunku kolorowego wskutek obecności swobodnych kwarków, antykwarków i gluonow. Oddziaływanie kwarków c i anty-c jest osłabione i uformowanie stanu związanego jakim jest J/psi jest utrudnione - cząstki te ulegają dysocjacji. Mechanizm: Potencjał oddziaływania kwarków na odległości r: Hamiltonian układu Stąd wynika cała spektroskopia układu

  15. W plazmie: Zmienia się współczynnik naprężenia struny => zanika Zmieniają się gęstości kwarków i gluonów wokół c i anty-c. Potencjał kulombowski zmienia się w potencjał Yukawy Długość ekranowania jest odwrotnie proporcjonalna do temperatury. W wysokich temperaturach następuje dysocjacja układów c-any-c i bardziej prawdopodobna staje się produkcja np. mezonów D. Dla wyznaczenia temperatury (krytycznej) zapisuje się hamiltonian i określa warunki na istnienie (i nieistnienie) stanów związanych. Kluczowa jest zależność długości ekranowania od temperatury. (tym mniejsza im wyższa temperatura.) Temperatura krytyczna jest rzędu 100-200MeV.

  16. Inne źródła produkcji dileptonów. Proces Drell’a-Yan’a. (Drell-Yan Process) Przykład: Ogólnie: Mechanizm: 1. Kwark z jednego protonu anihiluje z antykwarkiem z drugiego 2. W rezultacie produkowany jest wirtualny foton 3. Foton konwertuje na parę lepton - antylepton

  17. Proces Drell’a-Yan’a. (Drell-Yan Process) Prawdopodobieństwo w zderzeniach jądro-jądro:

  18. QM’2002, NA50

  19. Efekty prowadzące do tłumienia Wtórne oddziaływania z hadronami: (Zależność wtórnych oddziaływań od drogi w materii jądrowej)

  20. Jak więc wydzielić mechanizm odpowiedzialny za tłumienie Rozkłady pędu poprzecznego w funkcji gęstości energii Fig 15.5

  21. Tu – prezentacja Tomasza Liwińskiego Część druga

  22. Ostatnie wyniki dotyczące J/ z eksperymentu NA50 ZCJ 1-04-2003

  23. Produkcja cząstek J/ w oddziaływaniach Pb-Pb przy wiązce 158 GeV/c jest badana w funkcji centralności jako oszacowanie z energii poprzecznej lub z bardzo wczesnej energii hadronowej zderzenia. Wydajność J/ wykazuje podobny schemat z pierwszym spadkiem dla „mid-peripheral” zderzeń i silny spadek dla najbardziej centralnych reakcji. Konwencjonalne modele hadronowe nie są w stanie odtworzyć tego trendu, który odnajduje naturalne wyjaśnienie w scenariuszu uwolnienia fazy kwarkowo-gluonowej. ZCJ 1-04-2003

  24. Przejście fazowe ze zwykłej materii hadronowej do nowego stanu uwolnionych kwarków i hadronów jest przewidziane przez nie-perturbacyjną Chromodynamikę Kwantową [1] przy szczególnych warunkach, które mogą być osiągnięte w reakcjach indukowanych przez ultrarelatywistyczne wiązki ciężkich jonów jak dostępny w CERN-ie SPS. W tym kontekście eksperyment NA50 jest głównie przywiązany do badania specyficznej sygnatury przejścia do fazy kwarkowo-gluonowej – przewidywanego tłumienia stanów charmonium [2]. Faktycznie więc, ostatnie obserwacje NA50 anomalnego tłumienia J/ [3], efektu odcięcia [4] i dwu schodkowego schematu tłumienia są silnym wskaźnikiem dla uwolnieniowego przejścia. ZCJ 1-04-2003

  25. Warunki eksperymentalne i warunki analizy Aparatura eksperymentu NA50 głównie składa się ze spektrometru muonowego, zsegmentowanej aktywnej tarczy i trzech niezależnych detektorów centralności: elektromagnetycznego kalorymetru, który mierzy neutralną energię poprzeczną (ET) produkowaną w oddziaływaniu, zero degree calorimeter mierzący bardzo początkową energię hadronową (EZDC) nukleonów-widzów i silicon strip multiplicity detector. ZCJ 1-04-2003

  26. Wstępne rezultaty reakcji p-A przytoczone dalej oparte są na nowych danych zebranych z wiązek protonów uderzających w różne cele (Be, Al, Cu, Ag, W i Pb). Dwie próbki zdarzeń wzięte z różnymi natężeniami wiązek, z krótkim LI (małe natężenie) i HI (wysokie natężenie), są tu rozpatrywane. Zostały one otrzymane z protonami o 450 GeV/c (odpowiednio 400 GeV/c) przy natężeniu ~ 5·108 (odpowiednio ~ 4·109) protons/burst. Pary miuonów analizowane były w następujących warunkach: 2,92  ylab  3,92 (0  ycms  1, dla Pb-Pb przy 158 GeV/n) i cosCS 0,5 co odpowiada interesującemu obszarowi masy i zgodności rzędu 15% [6]. ZCJ 1-04-2003

  27. Produkcja J/ Stosunek J/ do przekroju czynnego Drell-Yana jako funkcja ET Systematyczne badania zachowania się przekroju czynnego D-Y w obszarze systemów od p-p i p-A do S-U i Pb-Pb zobrazowane są na rysunku, przedstawia on stosunek zmierzonego do obliczonego przekroju czynnego, określanego mianem współczynnika K, jako funkcję produktów pocisku i liczby masowej tarczy A·B. Ta stała wartość dowodzi, że przekrój czynny DY zachowuje się normalnie i jest proporcjonalny do liczby elementarnych kolizji nukleon-nukleon. Może więc być używany jako punkt odniesienia. ZCJ 1-04-2003

  28. Produkcja J/ Przekrój czynny J/ na zderzenie nukleon-nukleon może więc być badany ze stosunku J/ do przekroju czynnego DY. Ten stosunek jest prawie wolny od błędów systematycznych, które są identyczne w obydwu próbkach i dlatego znoszą się (tylko 1,5%). ZCJ 1-04-2003

  29. Produkcja J/ Rysunek przedstawia stosunek przekrojów czynnych dla dużej liczby oddziałujących systemów (od p-p i p-A do S-U i Pb-Pb) w funkcji L, długości ścieżki wzdłuż której podążają przed-rezonansowe stany c d w materii jądrowej ( pozwala to na wstępny opis różnych systemów). ZCJ 1-04-2003

  30. Produkcja J/ Prostą ekspotencjalną parametryzację zastosowano do lżejszych systemów (dane z NA38 i NA51 z zakresu od p-p do S-U wraz z nowymi danymi p-A z NA50), a mianowicie przyjęto Bμμσψ/σDY e-ρLσabs, daje przekrój czynny na absorpcję stanów c g w materii jądrowej σabs=5,4 ± 0,4 mb, zgodnie z poprzednimi wynikami otrzymanymi z danych NA38 i NA51 (σabs=5,8±0,6 mb, pełne przeliczenie prowadzi do 6,4 ± 0,5 mb). Podczas gdy bardziej peryferyjne „punkty” Pb-Pb mieszczą się na krzywej absorpcji, bardziej centralne wykazują nagły 20% spadek przy L8 fm, sugerujący inny mechanizm tłumienia J/. ZCJ 1-04-2003

  31. Produkcja J/ Jak widać na rysunku obydwie metody prowadzą do bardzo podobnych rezultatów. Ten sam rysunek przedstawia również wyniki oparte o dane z roku 1998, przy czym są to dane typu „minimal bias” będące w zgodzie z analizami z 1996 r kiedy badano wyższe wartości ET bez zanieczyszczeń związanych z oddziaływaniami wtórnymi. Ciągła linia zgodna jest ze zwykłą absorpcją otrzymywaną z danych dla lżejszych systemów (od p-p do S-U) które prowadzą do σabs=6,4 mb. Całkowity, przedstawiony rozkład pokazuje prócz tego 20% spadek dla 40 GeV (odpowiadający L8 fm) i punkt przegięcia około 90 GeV po którym następuje silny stromy spadek. ZCJ 1-04-2003

  32. Stosunek J/ do „Minimal bias” i zależność EZDC od produkcji J/ Stosunek przekroju czynnego J/ do przekroju czynnego „minimal bias” Widoczne jest na rysunku odchylenie od modelu absorpcji przytoczonego wcześniej, obserwowane jest ono przy ET40 GeV podczas gdy przy ET90 GeV szczególnie zmienia swe zachowanie. Obydwie obserwacje są zgodne z analizą J/ /DY, popierają tym samym anomalny obraz tłumienia J/. ZCJ 1-04-2003

  33. Stosunek J/ do minimalnego odchylenia przekroju czynnego i zależność EZDC od produkcji J/ Wstępne rezultaty niezależnej analizy J/ / DY używając początkowej energii EZDC mierzonej w zero degree kalorymetrze (ZDC) jako estymator centralności pokazane są na rysunkach. Ponownie obserwowany jest tu schemat stopniowego tłumienia J/. ZCJ 1-04-2003

  34. Porównanie z teorią Różne teoretyczne modele oparte na absorpcji typu „comoving hadrons” [12-16] czy też na przejściu fazowym plazmy kwarkowo-gluonowej [17,18] były rozwijane i porównywane z obserwacjami NA50. Porównanie jest widoczne na poniższym rysunku ZCJ 1-04-2003

  35. Porównanie z teorią Konwencjonalne modele (lewy i środkowy rysunek) zwykle wykazują słabą zgodność z całym zbiorem wyników eksperymentalnych, np. kompletny zbiór wyników dla słabo i silniej oddziałujących systemów. Co więcej, nie są one w stanie odtworzyć specyficznego, krokowego schematu tłumienia. Z drugiej strony modele zawierające uwolnienie kwarkowo-gluonowe (prawy rysunek) z dwoma odcięciami związanymi odpowiednio z χc i punktami topnienia J/ [17] wraz z fluktuacjami ET [18] są jakościowo w znacznie lepszej zgodności z obserwacjami eksperymentalnymi. ZCJ 1-04-2003

  36. Rozkład pędów poprzecznych Przedstawiony rysunek przedstawia odwrotność parametru nachylenia T dla Pb-Pb i S-U oddziaływań, odpowiednio dla 200 GeV/nukleon i 158 GeV/nukleon w funkcji gęstości energii. Parametr T silnie rośnie wraz z gęstością energii., zarówno dla S-U jak i Pb-Pb z oczywistą zależnościom od energii wiązki. ZCJ 1-04-2003

  37. Rozkład pędów poprzecznych Zależność <p2T> w funkcji L, która może być związana z z oddziaływaniami w stanie początkowym przez rozpraszanie gluon-nukleon co jest pokazane na poniższym rysunku dla reakcji 200 GeV/nukleon i 158 GeV/nukleon. <p2T> zależy od energii wiązki, ale fity zgadzają się z <p2T>(ET)= <p2T> pp+agNL(ET) Dają podobne nachylenie dla protonów, siarki i ołowiu. Numeryczna wartość agN=0,080±0,003 GeV2/c2fm-1 jest otrzymany z χ2/ndf = 0,065 , a wszystkie fitowane dane sa z podobnym nachyleniem. ZCJ 1-04-2003

  38. Rozkład pędów poprzecznych Stosunek R(pT) rozkładu pT cząstek J/ dla danych rejonów ET z uwzględnieniem najniższego regionu ET, znormalizowany do stosunku odpowiednich zdarzeń Drell-Yan’a przedstawiony jest na rysunku. Wyniki wyraźnie przedstawiają tłumienie J/, będące znacznie silniejszym dla niskich pT. Stosunek R(pT) zmierza do nasycenia w wysokim pT dla reakcji Pb-Pb. ZCJ 1-04-2003

  39. Konkluzje Otrzymane w eksperymencie dane pokazują anomalny schodkowy schemat tłumienia J/. W czasie gdy produkcja J/ zgadza się z normalną absorpcją jądrową dla większości peryferyjnych reakcji Pb-Pb, odchylenie o około 20% od tego normalnego zachowania się zdarza się dla „semi-peryferyjnych” zderzeń, a następnie, ze wzrostem centralności, przez punkt załamania i i silny schodkowy spadek dla najbardziej centralnych reakcji. Ten schemat może być interpretowany jako droga do sukcesywnego topnienia granicy stanów charmonium – jak przewiduje się dla uwolnienia kwarkowo-gluonowego. Z rozkładu pędu poprzecznego wnioskujemy że J/ jest bardziej tłumione w niskich wartościach pT. ZCJ 1-04-2003

  40. QM’2002, NA50

More Related