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ALICE teste la QCD

ALICE teste la QCD. Physique des ions lourds au LHC. Les ions lourds au LHC. Le plus important saut en énergie dans l’histoire de la physique des ions lourds…. …pour étudier en détail la phase partonique (QCD) de la matière à l’aide de sondes dures (pQCD) abondamment produites.

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Presentation Transcript

  1. ALICE teste la QCD Physique des ions lourds au LHC YS@GDR-LQCD

  2. Les ions lourds au LHC Le plus important saut en énergie dans l’histoire de la physique des ions lourds… …pour étudier en détail la phase partonique (QCD) de la matière à l’aide de sondes dures (pQCD) abondamment produites YS@GDR-LQCD

  3. Formation du vrai vide de QCD • Un gaz de gluons et de quarks (3 saveurs) interagissant faiblement où la symétrie Chirale est restaurée Pas encore un gaz parfait RHIC as(T)=4p/(18log(5T/Tc)) LHC SPS mu= md = ms mu = md mu = md ; ms mu,d QL atténués exp(-mc,b,t/T) YS@GDR-LQCD

  4. Quel état de la matière et quelles observables • QGP, sQGP, wQGP, bsQGP, CGC,… ? • Les signatures de la transition de phase ? YS@GDR-LQCD

  5. De la théorie à l’expérience Modèle(s) YS@GDR-LQCD

  6. De la théorie à l’expérience Modèle(s) YS@GDR-LQCD

  7. 7 expériences spécialisées (NAxx, WAyy) Des faits en faveur de l’existence d’un nouvel état de la matière (e [3.2 GeV/fm3]>ec, augmentation de S, suppression de J/ψ, rayonnement thermique photon, masse du r,…) Signes précurseurs mais formation du QGP ambiguë SPS: ”Un nouvel état de la matière créé au CERN”(10 Feb. 2000) Pb+Pb √sNN = 17.3 GeV NA 49 YS@GDR-LQCD

  8. RHIC: “The discovery of the QGP at RHIC”(M. Gyulassy QM 2004) • 4 expériences généralistes (BRAHMS, PHENIX, PHOBOS, STAR) • Preuves empiriques: • Densité d’énergie (5 GeV/fm3) bien au-delà de la densité critique • Ecoulement elliptique: comportement collectif des partons • Suppression de jets: absorption des partons dans un milieu coloré opaque • Confirmé par l’absence de signatures dans dA • Interprétation en termes de sQGP et CGC Au+Au √sNN = 200 GeV STAR YS@GDR-LQCD

  9. LHC: la plus proche approximation du Big Bang • ALICE: une seule expérience ions lourds généralistes • En 04/2007, premières collisions pp à 14 TeV, • … et peu après les premières collisions PbPb à √sNN= 5.5 TeV. “Il est dangereux de faire des prédictions, surtout si elles concernent le futur" YS@GDR-LQCD

  10. 100 GeV 10-6 10-4 10-2 100 x J/ψ QCD dans un nouveau régime cinématique 108 106 104 102 100 • x<<1 • Détermine les propriétés du milieu (QS=0.2A1/6√sd= 2.7 GeV) • Le QGP au LHC est formé à partir d’un “Color Glass Condensate” (champ fort, couplage faible: dynamique classique) Q2 (GeV2) ALICE PPR CERN/LHCC 2003-049² YS@GDR-LQCD

  11. 108 106 104 102 100 Q2 (GeV2) 100 GeV 10-6 10-4 10-2 100 x J/ψ ALICE PPR CERN/LHCC 2003-049² pQCD en action: un nouveau régime cinématique • Q >> 1 • Détermine la sonde du milieu • Q >>LQCD, T (Dt, Dr ~1/Q) YS@GDR-LQCD

  12. (h++h-)/2 p0 √s = 5500 GeV 200 GeV LO p+p y=0 17 GeV LHC RHIC SPS Collision crée matière et sondes LHC: shard/stotal = 98% (50% à RHIC) • Production de particules dominée par processus durs • Quarks lourds et sondes pénétrantes deviennent accessibles • Produits à t=0 → phase intiale de la collision (QGP) • Virualité importante → temps de formation court • Sonde et matière sondée découplée • pQCD applicable→ prédictions YS@GDR-LQCD

  13. Dynamique du processus de hadronisation : dans le vide • Le milieu modifie la dynamique observée dans le vide • Les modifications sont transmises dans l’état final état hadronique final ET Lhadr ~ ET/Q2hadr YS@GDR-LQCD

  14. ^ Ltherm ~ √(ET/q ) e Dynamique des partons dans le milieu état hadronique final ET Lhadr ~ ET/Q2hadr YS@GDR-LQCD

  15. ^ Ltherm ~ √(ET/q ) e Dynamique des partons dans le milieu • La quantité d’énergie rayonnée (e) dépend des propriétés (densité de couleurs) du milieu (coefficient de transport q) • La compétition entre thermalisation (e=E) et hadronisation dépend de l’énergie du parton. état hadronique final ET Lhadr ~ ET/Q2hadr ^ YS@GDR-LQCD

  16. e~ ET Conditions expérimentales: seuil à bas pt Thermalisation dans le milieu • Ltherm< Lhadr < Lmedium • Le parton est thermalisé dans le bain thermique • Les propriétés globales du milieu sont déduites à partir des hadrons de bas pht ( ≤ 2 GeV/c) hadrons, leptons, photons ET YS@GDR-LQCD

  17. 150 Propriétés (thermo)dynamiques du milieu • Extrapolation monotone à partir des résultats de RHIC mais différences dans: • Dynamique d’expansion (écoulement elliptique, volume transverse, fluctuations evt par evt, …) • La phase de gel (température, charme, …) • Photons thermiques YS@GDR-LQCD

  18. ^ Ltherm ~ √(ET/q ) DE Modification du processus de hadronisation • Ltherm~ Lhadr ~ Lmedium • Le milieu, paramètre de contrôle pour modifier le processus d’hadronisation • pht ~2-7 GeV/c état hadronique final ET Lhadr ~ ET/Q2hadr YS@GDR-LQCD

  19. Quark habillé ou Corde de couleur ou diquark ou ... pQCD: Dynamique du processus de hadronisation Quark habillé ou Corde de couleur ou diquark ou ... Recombinaison Fragmentation parton coloré hadrons blanchis Habillage du Diquark YS@GDR-LQCD

  20. Condition expérimentale: PID jusqu’à ~ 10 GeV/c RHIC: fragmentation modifiée p/p Pt[GeV/c] YS@GDR-LQCD

  21. ^ Ltherm ~ √(ET/q ) DE Effets de milieu dans l’état final • Ltherm> Lhadr > Lmedium • Le parton perd de l’énergie additionnelle energy (qL2) • Multiplicité et énergie transverse de la gerbe hadronique augmentent (qL) • Hadron dominant xET état hadronique final ET ^ ^ YS@GDR-LQCD

  22. ^ ^ q=5 GeV2/fm q=10 GeV2/fm Condition expérimentale: grand pt Hadron dominant (qL2) ^ Eskola, Honkanen, Salgado, Wiedemann Nucl Phys A, hep-ph/0406319 • … Mais l’émission de surface limite la sensibilité aux propriétés du milieu YS@GDR-LQCD

  23. Armesto, Dainese, Salgado, Wiedemann hep-ph/0501225 Condition expérimentale: grand pt electrons, vertex Dépendance g, q, Q YS@GDR-LQCD

  24. Reconstruction de jet (qL) ^ • Au LHC, les jets pourront être reconstruits dans l’environnement IL • La structure du jet est plus sensible aux effets de milieu YS@GDR-LQCD

  25. Salgado, Wiedemann, hep-ph/0310079 Excitation du jet • Énergie totale du jet peu sensible, augmentation de kt • Fragmentation longitudinale et transverse: étiquetage g(Z) . kt YS@GDR-LQCD

  26. RAA Condition experimentale: calorimétrie, hadrons bas zt, g grand pt zT=pT/Eg Etiquetage g des jets Pb+Pb 40GeV →g-jet R=0.3; pt> 2 GeV/c Ejet/Eg YS@GDR-LQCD

  27. 1+2 experiments at the LHC ALICE ATLAS CMS YS@GDR-LQCD

  28. ALICE YS@GDR-LQCD

  29. ALICE Physics Program • Deconfinement: • charmonium and bottomonium spectroscopy • Energy loss of partons in quark gluon plasma: • jet quenching high pt spectra • open charm and open beauty • Chiral symmetry restoration: • neutral to charged ratios • resonance decays • Fluctuation phenomena - critical behavior: • event-by-event (√N) particle composition and spectra • pp collisions in a new energy domain YS@GDR-LQCD

  30. Heavy ion experiment at LHC • ALICE will meet the challenge to measure flavor content and phase-space distribution event-by-event: • Most (2p * 1.8 units h) of the hadrons (dE/dx + ToF), leptons (dE/dx, transition radiation, magnetic analysis) and photons (high resolution EM calorimetry); • Track and identify from very low (< 100 MeV/c; soft processes) up to very high pt(>100 GeV/c; hard processes); • Identify short lived particles (hyperons, D/B meson) through secondary vertex detection; • Identify jets; YS@GDR-LQCD

  31. Aerogel Cherenkov 10 GeV/c ALICE PID Alice uses ~all known techniques! p/K TPC + ITS (dE/dx) K/p e /p p/K e /p TOF K/p p/K HMPID (RICH) K/p 0 1 2 3 4 5 p (GeV/c) TRD e /p PHOS g /p0 EMCAL 1 10 100 p (GeV/c) YS@GDR-LQCD

  32. 0 1 2 10 100 pt (GeV/c) Jet physics will dominate the LHC heavy-ion program, ALICE will be the main contender of the race for jet quenching Jet Phase Space Qs T=LQCD Mini-jets 100/event 100K/year 1/event Bulk properties Hard processes Modified by the medium ALICE Tracking & PID Jets from Correlations and Leading Particles Reconstructed Jets YS@GDR-LQCD

  33. The ALICE program in 2007 on wards • The first 15 minutes; Lint=1mb-1 • Event multiplicity, low pt hadronic spectra, particle ratios • The first month; Lint=0.1-1nb-1 • Rare high pt processes: jets, D,B, quarkonia, photons, electrons • The following years: • pA, A scan, E scan sPbPb = 8barn; LPbPb 1027cm-2s-1; t0=04/2007 YS@GDR-LQCD

  34. ALICE: the dedicated HI experiment Solenoid magnet 0.5 T Cosmic rays 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 YS@GDR-LQCD

  35. Proposed ALICE EMCAL • EM Sampling Calorimeter (STAR Design) • Pb-scintillator linear response • -0.7 < h < 0.7 • p/3 < F < p • Energy resolution ~15%/√E YS@GDR-LQCD

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