1 / 33

Fyzika t’azkých iónov alebo malý tresk…

Fyzika t’azkých iónov alebo malý tresk…. Preco zrázat’ aj t’azké ióny na LHC ? Experimentálne podmienky Detektor ALICE. Vákum v QED a QCD kvantová elektrodynamika: QED kvantová chromdynamika: QCD. Energia páru nábojov spontánne narodených vo vákuu – kvantová fluktuácia (h = 1, c = 1):

kelda
Download Presentation

Fyzika t’azkých iónov alebo malý tresk…

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. Fyzika t’azkých iónovalebo malý tresk… Preco zrázat’ aj t’azké ióny na LHC ? Experimentálne podmienky Detektor ALICE

  2. Vákum v QED a QCD kvantová elektrodynamika: QEDkvantová chromdynamika: QCD • Energia páru nábojov spontánne narodených vo vákuu – kvantová fluktuácia (h = 1, c = 1): Ekin = p ~ 1/r (pr ≥ 1) Epot = – q2/(4πr) (q = e or q = gs) E = Ekin + Epot = (1/r)(1 – q2/4π) • v QED toto je pravda pre lubovlonú “skálu” (uz po Planckovu “skálu” ~ 10-20 fm) • v QCD to je vsak správne len pre velmi male vzdialenost’, niekol’ko fm (10-13 cm) Fyzika tázkých iónov Karel Šafařík

  3. Prípad QED • v QED q2 = e2 = 4παem • αem sa mení zo vzdialenostou (polarizácia vákua) • kde pre velké vzdialenosti αem = 1/137 • pri EW (elektro-slabej) skále (r = 210-3 fm) αem = 1/128 • pri Planckovej “skále” (r = 10-20 fm) αem = 1/76 • To znamená, ze císelný faktor pred 1/r:(1 – q2/4π) sa mení zo vzdialonost’ou, ale • len málo, medzi 0.987 – 0.993 (i.e. 0.6%) ak meníme vzdialenost’ od Planckovej “skály” az po nekonecno… Fyzika tázkých iónov Karel Šafařík

  4. Prípad QCD • v QCD q2 = gs2 = 4παs • kde αs sa zmensuje vel’mi rýchlo zo vzdialonost’ou (asymptotická sloboda) • pri Planckovej skále αs = 0.04 • pri elektro-slabej skále αs = 0.118 • pri LQCD ≈ 0.2GeV (r ≈ 1 fm) αs ≈ 1 • numerický faktor(1 – q2/4π) = 1 – αs • sa znizuje so vzdialenost’ou, pri Planckovej skále je 0.96 • ale pozor, pre r ≈ 1 fm uz je záporný ! • pri vacsích vzdialenostíach je E = σr (σ ≈ 1 GeV/fm) • a tento faktor je opät’ kladný Fyzika tázkých iónov Karel Šafařík

  5. QED QCD Energy of pair Energy of pair Distance Distance r = 1fm QED versus QCD Kinetická energia stále dominuje nad potenciálnou (pole je slabé) virtual páry Energia skrytá v poli prevázi pri nejakej vzdialenosti kinetickú realne páry – vakuový kondensát Fyzika tázkých iónov Karel Šafařík

  6. Symetrie QCD • QCD má dve priblizné symetrie: • Z3–(centre) symetriu (pre cisto kalibracnú toer, t.j. v limite mq  ) • chirálnu symetriu (obnovenú pre nulové hmotnosti, t.j. mq 0) • Pri vel’kých hustotách a teplotách sa nakoniec • Z3–symetria narusí (prechod od confinementu k deconfinementu) • chirálna symetria obnoví (chirálny fázový prechod) • Otázky: • existuje jeden spolocný fázový prechod alebo dva nezávislé? • akého druhu je tento (tieto) fázový(é) prechod(y) • prvého druhu (má latentné teplo) ? • druhého druhu (len zlom) ? • alebo je to len cross-over prechod ? Fyzika tázkých iónov Karel Šafařík

  7. Confinement (uveznenie) • hmotné kvarky v cisto gluónovm vákume pri nulovej teplote • nie sú viditelné detektorom kvôli destruktívnej inerferencii • expectation hodnota pre stopu kvarkového propagátoru – 3–hodnotový path integrál s rôznými fázami exp (i  2πj/3), j=1,2,3 (generátory Z3) • zvysujúc teploty T az po nejakú hodnotu toto zostane tak • az pokial gluónové pole bude mat’ dostatok casu sledovat (koherentný rearangement) nas testový farebný náboj • Dalsie zvýsenie teploty (nad nejakú kritickú hodnotu) gluónové pole nebude mat’ dostatok casu • Interferencia troch ciest sa narusí • test farebný náboj sa stane detekovatelný, bude deconfinovaný • Toto sa dá spocítat’ analytickým predlzením kvarkového propagátoru v komplexnom case (t = +i/T) – Polyakov loop – ktotý sa stane nenulovým pre T > Tc • Polyakov loop je “order parameter” fázového prechodu Fyzika tázkých iónov Karel Šafařík

  8. Chirálna symetria • Pre mq 0 helicita kavarkov sa zachováva • pretoze gluóny majú helicity ±1 QCD teória v tejto limite má SU(3)LSU(3)R symetriu • QCD svet sa rozpadol na dva svety ktoré navzájom nekomunikujú – lavácky svet a právácky • ak dáme do QCD vákua nehmotný lavotocivý kvark on môze anihilovat’ s lavotocivým anti-kvarkom z vákuového kondenzátu – tým sa ale oslobodí pravotocivé kvark • pre vzdialeného pozorovatela nas testový kvark spontánne zmenil helicitu a preto musel nejako získat’ dynamickú hmotnost’ ! • QCD kvark—anti-kvarkový kondenzátate generuje dynamické kvarkové hmotnost a narusuje chirálnu symetriu • ak zvýsime teplotu kinetická energia nabitého páru (nad nejakou hodnotou) prevýsi potenciálnu energiu • kvark—anti-kvark kondensát zmizne z vákua • chirálna symetria sa obnoví above nad nejakou kritickou teplotou • hodnota <0|qq|0> je “order parameter” fázového prechodu Fyzika tázkých iónov Karel Šafařík

  9. Symetrie QCD • Obidve symetrie sú narusené dynamicky • Z3 symmetria je narusená kinetickou energiou (pri vysokej T) • order parameter (Polyakov loop) je nulový pod Tc a nenulový nad • je to “order – disorder” fázový prechod, Z3 je narysena nad Tc • chirálna symetria je narusená potenciálnou energiou (pri nizkej T) • order parameter (kvark—anti-kvarkový konde’nzát) je nenulový pod Tc a nulový nad • je to “disorder – order” fázový prechod, chirálna symetria je obnovená nad Tc • Obidve sú vsak narusené aj explicitne – hmotnostným clenom • pre malost’ mq je reálne ze scénar ohl’adom chirálnej symetrie zostane dobrým priblízením • ale co so Z3 symetriou, preco nie je úplne znicená malost’ou mq ? Fyzika tázkých iónov Karel Šafařík

  10. Obnovenie konfinementu • Ked sa snazíme znizit mq z nekonecna na ich vlastnú (malú) hodnotu to co sa stane závisí od teploty: • pri nízkych teplotách mq sa efektívne prestane znizovat’ ked ked’ prídeme pod dynamickú hmotnost’ kvarku Mq ≈ 350 MeV pretoze chirálna symetria je narusená • Z3 symetria zostane pribliznou symetriou pri nízkych teplotách aj po takomto tvrdom pokuse o explictné narusenie • narusenie chirálnej symetrie efektívne zvysuje hmotnosti kvarkov a preto riadi obnovenie Z3 symetrie • toto je argument preto, aby obidva fázové prechody nastali v tom istom bode Fyzika tázkých iónov Karel Šafařík

  11. Fázy QCD – hrackársky model • uvázme • fázu v confinemente (hadrón plyn, HG) z piónov • deconfinovanú fázu (kvark—gluónovú plazma, QGP) z gluónov a dvoch typov (vôní) kvarkov • stavové rovnica pre ideálny plyn • = (g/30) π2T4 , p = /3 = (g/90) π2T4 kde g = nb + (7/8) nf • pre HG nb = 3, nf = 0 pHG = (1/30) π2T4 • pre QGP: nb = 16, nf = 24 ale teraz máme aj vonkajsí tlak od QCD vákua B pQGP = (37/90) π2T4 – B • na hranici dvoch fáz – tlak musí byt’rovnaký Tc = (90B/34π2)1/4 = 144 MeV pre B1/4 = 200 MeV (MIT bag model) Fyzika tázkých iónov Karel Šafařík

  12. Fázy QCD – poruchová teória • pri nenulovej baryónovej hustote – prvý rád p-QCD • = [16(1 – 15αs/4π) + (7/8)12nq(1 – 50αs/21π)] (1/30) π2T4 + + Σq 16(1 – 15αs/2π) (3/ π2)μq2(π2T4 + μq2( /2) (pre μq = 0, αs = 0, a nq = 2 dostaneme nas hrackársky model) pouzijúc αs = 0.4 tou istou cestou dostaneme Tc = 164 MeV • Dnes analytické výpocty exstujú aj pre vyssie rády Fyzika tázkých iónov Karel Šafařík

  13. QCD na mriezke Quark—anti-quark vacuum condensate as function of temperature QCD equation of state Fyzika tázkých iónov Karel Šafařík

  14. Fázový diagram QCD Fyzika tázkých iónov Karel Šafařík

  15. SPS LHC Big Bang Fyzika tázkých iónov Karel Šafařík

  16. Priestorovo-casový vývoj Fyzika tázkých iónov Karel Šafařík

  17. Central collisions SPS RHIC LHC s1/2(GeV) 17 200 5500 dNch/dy 500 850 2–8 x103 e (GeV/fm3) 2.5 4–5 15–40 Vf(fm3) 103 7x103 2x104 tQGP (fm/c) <1 1.5–4.0 4–10 t0 (fm/c) ~1 ~0.5 <0.2 Preco tázké ióny v LHC? ... faktor ~30 skok vs ... J. Schukraft QM2001: hotter - bigger -longer lived LHC > RHIC > SPS Vf LHC> Vf RHIC> Vf SPS tLHC > tRHIC > tSPS Fyzika tázkých iónov Karel Šafařík

  18. LHC energia Pre A-A zrázky: Ecms = 5500 A GeV Elab = Ecms2 / (2A mN) = 1.61  107A GeV pre ióny olova Elab Pb-Pb = 3.35  109 GeV = 3.35  1012 MeV dalej potrebujeme Harald Fritzsch Identity (definícia Anglo-Saxonskej libry £AS) 2  10-30£AS= me (= 0.511 MeV) a najaké iné definície (gravitacné zrýchlenie g, g = 1 in/tr2(1 s = 19.65 tr, trice) (rýchlost’ svetla c) c = 6  108in/tr mec2 = 72  10-14£AS in (= 0.511 MeV) 1 MeV = 1.41  10-12£AS in Nakoniec Elab Pb-Pb = 1 £AS 4.7’’ (= 0.45 kg  12 cm) Fyzika tázkých iónov Karel Šafařík

  19. LHC energia (pokracovanie) A pre pp zrázky: Elab pp(14TeV) = 0.15 £AS in≈¼ £AS½’’ = ⅛ £AS 1’’ = … Pre tých ktorý neradi sedia na ióne olova (a lietajú vo vákuovej trubici LHC) Ecms Pb-Pb = 5500 A GeV = 1.14  109 MeV (HFI, etc.) Ecms Pb-Pb = 10-3£AS 1.6’’ (= 0.45 g  4 cm) Stále, je to makroskopická energia !!! (zrázka by sa dala aj pocut’) Ale rozmer oloveného jadra je viac ako 10-13 mensí !!! Fyzika tázkých iónov Karel Šafařík

  20. (h++h-)/2 p0 √s = 5500 GeV LO p+p y=0 200 GeV 17 GeV LHC RHIC SPS Nové aspekty Kvalitatívne nevý rezim • Tvrdé procesy budú signifikantnou cast’ou úplného AA úcinného prierezu (σhard/σtot = 98%) • Dominované tvrdými procesmi • Velmi tvrdéd produkty budú casto produkované • Slabo interagujúce produkty sa stanú dostupné (g, Z0, W±) Fyzika tázkých iónov Karel Šafařík

  21. (F.Karsch) A dalej • Kvalitatívne zlepsenia: • Nulová hustota baryónov (B 0): • blizsie ku skorému Vesmíru, blizsia ku QCD na mriezke • Vysoká hustota energie  moznost’ dostat’ sa k limite “idealneho plynu” • Silnejsie termalne • ziarenie • Tvrdé próby: • Tazké vône • Jety a jet oslabenie Dominantné procesy pre produkciu castíc SPS: mäkké RHIC: mäkké a polo-tvrdé LHC: polo-tvrdé a tvrdé Fyzika tázkých iónov Karel Šafařík

  22. 5 15.0 10.0 Nch/(0.5Npart) dNch/dh|h<1 103 5.0 5 1.0 2 10 102 103 102 103 104 Kolko castíc sa narodí v PbPb zrazke? Staré odhady: dNch/dy = 2000 – 8000, teraz môzme extrapolovat’ z RHICu ALICE optimilizovaná pre dNch/dy = 4000, ale skúsaná aj 8000 (reality faktor 2) (from K.Kajantie, K.Eskola) dNch/dh~ 2500 dNch/dh~ 1500 √s (GeV) hep-ph0104010 Fyzika tázkých iónov Karel Šafařík

  23. If you thought this was difficult ... NA49 experiment: A Pb-Pb event Fyzika tázkých iónov Karel Šafařík

  24. STAR and this was even more difficult ... A central Au-Au event @ ~130 GeV/nucleon Fyzika tázkých iónov Karel Šafařík

  25. … then what about this! ALICE Pb-Pb central event Nch(-0.5<<0.5)=8000 Fyzika tázkých iónov Karel Šafařík

  26. Experimentálnepodmienky @ LHC • pp zrázky zacnú na jar 2008 • Pociatocný program s t’azkými iónmi na LHC • Niekolko prvých rokov (1HI ‘rok’ = 106 efaktívnych s, ~ako na SPS) • 2 - 3 rokyPb-PbL~ 1027 cm-2s-1 • 1 rokp - Pb ‘like’ (p, d or a )L~ 1029 cm-2s-1 • 1 rokláhké ióny (eg Ar-Ar) L~ few 1027 to 1029cm-2s-1 plus, pre ALICE (limited by pileup v TPC): • reg. pp run at Ös = 14 TeV L~ 1029and < 1031 cm-2s-1 • Neskôr: rôzne moznosti v závislosti na fyzikálnych výsledkoch • Zrázky tázkých iónov – cast’ pociatocného programu LHC, prvý run sa ocakáva na konci 2008 Fyzika tázkých iónov Karel Šafařík

  27. LHC experiments JURA ALPES Fyzika tázkých iónov Karel Šafařík

  28. Large Heavy-ion Collider (LHC) Solenoid magnet 0.5 T Cosmic-ray trigger • Forward detectors • PMD • FMD, T0, V0, ZDC • Specialized detectors • HMPID • PHOS • Central tracking system • ITS • TPC • TRD • TOF • MUON Spectrometer • absorbers • tracking stations • trigger chambers • dipole magnet Fyzika tázkých iónov Karel Šafařík

  29. ALICE TPC Fyzika tázkých iónov Karel Šafařík

  30. RICH TPC TRD TOF PHOS ITS US EMCaL (under discussion) Pb-Scintillator EMCalDhDf = 1.4  120° Fyzika tázkých iónov Karel Šafařík

  31. ALICE Collaboration ~ 1000Members (63% from CERN MS) ~30Countries ~80Institutes Fyzika tázkých iónov Karel Šafařík

  32. ALICE construction status Fyzika tázkých iónov Karel Šafařík

  33. ALICE is open for new ideas Fyzika tázkých iónov Karel Šafařík

More Related