Fazy QCD: poszukiwania nowych form materii jądrowej

1. Fazy QCD: poszukiwania nowych form materii jądrowej

2. Quark Gluon Plasma(równanie stanu) • Gas bezmasowych cząstek w temperaturze T : Równanie Stanu Stefana-Boltzmana (P –ciśnienie,  - gęstość energii): PSB = 1/3 SB = g - ilość stopni swobody cząstek w T 7/8 – redukcja przestrzeni fazowej fermionów względem bozonów ~(13 T4) (u,d,s) dla porównania gaz pionów  = 2/30 *3*T4 ~T4 QGP ma znacznie większą gęstość energii

3. Quark Gluon Plasma(przewidywania) 1/GeV=0.197fm GeV4 13*(0.17)4 / (0.197)3 = ~1GeV/fm3 „melting” potentials (lattice QCD) ~1GeV/fm3 to też energia „zamrożona” hadronie-> n.p nukleonie i potrzebna do zerwania wiązań kolorowych przejście fazowe pomiędzy gazem hadronowym a QGP "lattice QCD„ Tc ~170 MeV

4. Gęstość energii w zderzeniu • Szacunkowe liczby: formuła Bjoerken’a • Czast0: • tform=ħ/<mT>(tform) • ≤ħ/<mT>final = 0.35 fm/c • ttherm≤ 1 fm/c !!!! • Konserwatywne oszacowanie gęstościenergiiw punkcie zderzenia i thermalizacji • e(form) > 15 GeV/fm3 • e(therm) > 5.4 GeV/fm3 • dla Au+Au przy 200 GeV mierzone Te wartośći energii> 1 GeV/fm3otrzymanej z obliczeń na siatkach QCD jako energii potrzebnejna przejscie fazowe do plazmy QGP !!

5. QuarkGluonPlasma, obserwable ? • pierwsze sugestie : • wzrost krotności produkcji dziwności w stosunku do pp • redukcja produkcji J/ w A+A 1 10 100 s

6. Produkcja dziwności na SPS • Zwiększenie dziwności w stosunku do zderzeń pp • Porawny opis przez rozkład makro-kannoniczny- jaki jest mechanizm termalizacji (QGP?)

7. RHIC • produkcja pęków („jet”) • pomiary pływu materii jądrowej („flow”)

8. STAR RHIC’s Experiments • 3.83 km obwód • 2 niezależneringi • Zderzenia • AuAu, pp, dAu, CuCu • Center-of-Mass Energy: • 500 GeV dla p-p; 200 GeV/nucleon dl Au-Au • Luminosity Au-Au: 2 x 1026 cm-2 s-1; p-p : 2 x 1032 cm-2 s-1

9. Program BES na RHIC

10. semi central collisions Pływ (flow) materii jądrowej top view reaction plane K+ p 2 duże („elliptic” flow 1 duże directed)

11. „Directed” & „Eliptic” flow z – oś wiązki direct flow Eliptic Flow

12. Przykład : pływ protonów z reakcji A+A P. Danielewicz, R. Lacey, W.G. Lynch, Science 298 (2002) 1592 dN/dF (1 + 2v1cosF + 2v2 cos2F) energia w układzie NN

13. Anizotropia emissji cząstek „eliptic” flow • skalowanie przez liczbę partonów (nq) (nie masę cząstek!) daje spójny obraz ?! rekombinacja partonów? • bardzo duże 2 – materia jest „nieprzejrzysta”- przypomina ciecz a nie gaz! • hierarchia mass: lekkie cząstki „płyną szybciej niż „ciężkie” • pływ buduje się we wczesnej fazie na skutek oddziaływań między partonowych - partony są jego „swiadkami”

14. Skalowanie NCQ: bariony vs mezony mezon kierunek obserwacji barion bariony mezony mezon (2 kwarki) ma średnio mniejszy wypadkowy pęd niż barion (3 kwarki) w danym kierunku skalowanie z liczbą kwarków ! pęd/ ilość kwarków w cząstce

15. Znikanie „rozszczepienia 2 mezon-baryon” w funkcji energii wiązki” eksperyment STAR

16. Jet w reakcji e+e- STAR Au+Au (jet?) event "Jety" Jety w zderzeniu ciezkich jonow Au+Au?

17. Produkcja jetów w e+e- R=(e+e-hadrons)/ (e+e-+-) s ≥ sthres~(1.5GeV)2: pQCD continuum s < sthresh : Av(s) funkcje spektralne mezonów wektorowych R = u = 2/3e d= -1/3e s= -1/3e c = 2/3e b = -1/3e t = 2/3 e

18. Produkcja jetów w e-p Jet: pęk hadronów produkowany w wysokoenergetycznych zderzeniach proton-proton lub e+e- zderzeniach. Hadrony pochodzą z fragmentacji kwarków lub gluonów z dużym pędem transwersalnym e- p hadron Dhq (x) fq (x) fq (x) funkcje struktury protonu – prawd. rozkładu kwarku q w funkcji części pędu x protonu Dhq (x) - funkcje fragmentacji kwarku q w hadron h (np. pion)

19. Jets Ogólnie produkcja partonów: f (x,Q), funkcje rozkładu partonów w cząstce (1,2) w funkcji x(część pędu unoszona przez parton) i Q (przekazu czteropędu),  przekroje czynne na wyprodukowanie partonu k Fragmentacj-f. fragmentacji partonów; rozpad na 3 jety w CDF Dokshitzer Gribov-Lipatov- Altarelli-Parisi równania - (DGLAP)

20. AA AA • Nie ma “efektu” gdy: • RAA < 1 dla małychpT (oddziaływanie początkowe z pociskiem i traczą) • RAA = 1 dl dużych-pT, gdziedominuje • "twarde" zderzenia • Efekt redukcji gdy: • RAA < 1dla dużych –pT ! AA Czynnik RAA 1. Porównanieprzekrojów czynnych Au+Au doN-N 2. Porównanie Au+Au centralne/perryferyjne Nuclear Modification Factor: nucleon-nucleon cross section <Nbinary>/sinelp+p

21. Redukcja jetów w QGP Strata energii partonu poruszającego się w materii wypełnionej ładunkami kolorowymi obserwacja: tłumienie pojedynczych cząstek (hadronów) lub całych pęków (jetów)

22. Au-Au s = 200 GeV: redukcja dla >pT ! PRL91, 072301(2003)

23. Czynnik RAAdla mezonów Tłuminie produkcji mezonów o dużym pT w centralnych reakcjach A+A :

24. Proton/deuteron nucleus collision Nucleus- nucleus collision "Redukcja jetów" Medium? No Medium! • Zderzeniamałegoz dużym jądrem są czułe naefektu "zimnego jądra" • Porównanie d+A i AA daje informacjeefektach stanu końcowego i początkowego

25. „opposite-side” jets Peripheral Au + Au STAR PRL 90, 082302 (2003) • obserwacja skorelowej emisji hadronów w zderzeniach Au+Au-> Jety ! near side Central Au + Au away side peripheral central d + Au control

26. Znikanie ewidencji "jetów" w RHIC(brak korelacji) • Wzderzeniach Au+Au, pęki ("jety") są silnie tłumione • nieobserwowane w zderzeniach d+Au ! • Supresja jest efektem stanu końcowego • Dyspacja energii partonów w czasie propagacji w "kolorowym" medium

27. LHC: 2010-2018 podana zcałkowana świetlność L INt (zależna od intensywności wiązki i czasu eksperymentu) Przy jej pomocy można obliczyć ilość zliczeń z procesu o znanym przekroju czynnym  N = LINT 

28. ALICE

29. Detektor CMS ECAL pseduorapidity   -ln (tan (/2)) HCAL – kalorymetr hadronowy ECAL – kalorymetr elektromagnetyczny Tracker (inner detector)- detektor śladowy

30. Rekonstrukcja cząstek w CMS fotony Miony

31. CMS di-muons

32. ATLAS

33. Akceptancja geometryczna

34. Produkcja cząstek na LHC

35. Wielkość i czas życia źródła emisji cząstek

36. Łamanie skalowania nq dla v2 inaczej niż dla RHIC!!

37. Jets/Hard probes nuclear matter

38. Brak atenuacji „bezbarwnych” cząstek CMS

39. Atenuacja produkcji naładowanych hadronów

40. Zależność straty energii jetów od masy kwarków Po raz pierwszy możliwość separacji jetów zawierających ciężkie kwarki b: b-tagging

41. Jets • sygnał di-mionowy w połączeniu z kalorymetrem • duża asymetria w energii jetów- • różne drogi w materii jądrowej • jet z mniejszą energią stowarzyszony z emisją cząstek poza głównym stożkiem

42. Tłumienie jetów

43. „Termometr” z kwarkonium • Stany radiacyjne  (bb) (1S) 9460 MeV (2S) 10023 MeV (2S) 10352 MeV bardzo małe szerokości rozpadu! ~20-50 keV !

44. Sekwencyjna supresja stanów  CMS Znikanie wyższych wzbudzeń radiacyjnych 

45. Hierarchia znikania stanów  Korelacja pomiędzy stopniem atenuacji stanów  a ich energią wiązania