Plasma de quarks et de gluons

1
Déconfinement et plasma dans les collisions
dions lourds

• Plasma de quarks et de gluons
• Le Petit Bang
• RHIC/LHC

Journées 2002 de la Division Physique Nucléaire
de la SFP
2
Plasma de quarks et de gluons

• Big Bang
• haute température (1012 K) ? grande densité
  d énergie
• 10-6 s. Plasma ? matière confinée
• Etoiles à neutrons
• effondrement d étoile
• forte densité de matière
• (5 à 10 fois la densité nucléaire classique)
• matière confinée ? plasma

3
PQG transition de phase

• QCD sur réseau

? / T4
T/TC
N d.o.f 3
N d.o.f 37 (2-flavor)
4
PQG diagramme de phase
Plasma de quarks et de gluons
Big Bang
Température
Collisions d ions lourds
200 MeV
Etoile à neutrons
Matière Nucléaire ordinaire
5 10
1
Densité (r/r0)
5
PQG collisions dions lourds

• 15 ans de recherche au CERN

• 1986 - 1987 Oxygène _at_ 60 200 GeV/nucléon
• 1987 - 1992 Soufre _at_ 200 GeV/nucléon
• 1994 - 2000 Plomb _at_ 40, 80 158 GeV/nucléon

pp et pA pour des études de référence
hadrons
2000
NA49
multistrange
dimuons
dielectrons
photons hadrons
NA45 CERES
NA50
NA57
strangelets
hadrons
Pb
WA98
NA52
NA44
WA97
1994
dimuons
hadrons
1992
NA34/3 HELIOS3
NA38
WA80
WA94
NA35
NA36
S O
NA34/2 HELIOS2
WA85
1986
6
PQG collisions dions lourds

• Collisions
• Densité d énergie

région centrale de rapidité
région de fragmentation cible
région de fragmentation projectile
Formule de Bjorken
e ? 3 GeV/fm3
7
PQG Le  Petit Bang 

• Quelques résultats du CERN - SPS
• Suppression du J/psi (déconfinementplasma)
• Augmentation d étrangeté (plasma)
• photons directs et di-leptons (plasma)
• gel chimique (hadronisation)
• gel thermique (expansion)

Hadronisation
expansion
collision
température
Déconfinement plasma
temps
8
Petit Bang signatures du PQG

• Plasma ? écrantage de couleur? suppression du J/Y

quarkonium
écrantage
absorption nucléaire
NA50
Absorption ? s ? ABa
p-A
S-U
Pb-Pb
p-A
A-U
Pb-Pb
NA50
9
Petit Bang signatures du PQG

• Augmentation anormale d étrangeté
• plasma ? augmentation de la production de
  particules étranges

? (sss) gt ? (dss) gt ?(uds)

• ?(uds) ? x 1,5
• ? (dss) ? x 5
• ? (sss) ? x 17

10
Petit bang signatures du PQG

• photons direct

• di-électrons

Plasma ? augmentation de la production de photons
directs à grand PT
plasma ? augmentation de la production de
di-leptons.
Bkg?,? ? ??
CERES/NA45
WA98

• compatible avec modèle hydro (T330MeV)

• données p-A correctement reproduites

11
Petit Bang gel chimique

• Abondances

• Des modèles thermiques
• reproduisent les abondances
• mesurées

NA44, NA49, NA50, WA97,WA98
T ? 170 MeV
P. Braun-Munzinger et al.
12
Petit Bang gel thermique

• Spectre des particules

WA97, CERN-EP-2000-001
T Tgel ½ m ltV?gt2
mouvement collectif
équilibre thermique
Tgel 140 MeV ltV?gt 0,4 c
NA44
PRL 78 (1997) 2080
13
Petit Bang bilan

• La vision globale

expansion
Hadro.
collision
Gel thermique
augmentation d étrangeté
Plasma
Gel chimique
suppression du J/psi
Photons directs
Exces de di-leptons
température
170 MeV
140 MeV
temps
14
PQG à RHIC

• La machine

Démarrage 2000

• Collisionneur
• Circonférence 3.8 km
• Energie
• 300 GeV en p-p
• 200 GeV en Au-Au
• Luminosité
• Au-Au 2 x 1026 cm-2 s-1
• p-p 2 x 1032 cm-2 s-1

15
PQG à RHIC
été 2000 5 semaines (130 GeV)
Sept. - Déc. 2001 15 semaines (200 GeV)
Premiers résultats
16
PQG à RHIC

• Premiers résultats densité d énergie

BNL - AGS 4 GeV
CERN - SPS 17 GeV
SPS
RHIC
AGS
BNL - RHIC 130 GeV
17
PQG à RHIC

• Premiers résultats transparence

Avant la collision
Y0
Ylt0
Ygt0
Forte densité baryonique
arret
dN/dY
Faible densité baryonique
Ylt0
Y0
Ygt0
Forte densité baryonique
Faible densité baryonique
transparence
Ylt0
Y0
Ygt0
18
PQG à RHIC

• Premiers résultats gel thermique
• flot radial plus important à RHIC ? plus forte
  pression

T Tgel ½ m ltV?gt2
Tgel (RHIC) 140 MeV Tgel (SPS) 140 MeV
ltV?gt (RHIC) 0,52 c ltV?gt (SPS) 0,4 c
19
PQG à RHIC

• Premiers résultats jet quenching

(X. N. Wang, hep-ph/0111404)
p-p
Jet quenching
Perte d énergie dans le milieu
A-A
20
PQG à RHIC

• Données 2000
• Données 2001
• J/?, étrangeté, photons directs, di-leptons
• premiers résultats ? QM2002 Nantes (18-24
  juillet)

expansion
Hadro.
collision
Gel thermique
augmentation d étrangeté
Plasma
suppression du J/psi
Gel chimique
Photons directs
Exces de di-leptons
Jet quenching
température
140 MeV
temps
21
PQG au LHC

• La machine

Démarrage 2007

• Collisionneur
• Circonférence 27 km
• Energie
• 14 TeV en p-p
• 5,5 TeV/A en Pb-Pb
• Luminosité
• p-p 1033-34 cm-2 s-1
• Pb-Pb 1027 cm-2 s-1

22
PQG au LHC

• LHC .vs. plasma
• plus dense
• plus grand
• plus longtemps
• physique du plasma

abondances
quarkonia
étrangeté
Spectre des hadrons
di-leptons
Photons directs
transparence
ALICE
Jet quenching
densité dénergie
23
PQG au LHC

• L expérience ALICE

24
Conclusion

• CERN-SPS
• 1986 ? 2000
• collisions Pb-Pb à 17 GeV/A
•  un nouvel état de la matière créé au CERN 
• BNL-RHIC
• collisions Au-Au à 200 GeV/A
• confirmation et premières études
• 2000 ? 2007
• CERN-LHC
• collisions Pb-Pb à 5,5 TeV/A
• étude complète

25
Conclusion
26
PQG aupres des collisionneurs

• AGS/SPS/RHIC/LHC

1994 Pb beam , 158 GeV/u
5 TeV/u Pb Beam
100100 GeV/u Au Beam
27
(No Transcript)
28
SPS
WA98
WA97
29
SPS
NA49
NA45/CERES
NA50
30
RHIC

• PHOBOS BRAHMS

• An experiment with a philosophy
• Global phenomena
• large spatial sizes
• small momenta
• Minimize the number of technologies
• All Si-strip tracking
• Si multiplicity detection
• PMT-based TOF
• Unbiased global look at very large number of
  collisions (109)

• An experiment with an emphasis
• Quality PID spectra over a broad range of
  rapidity and pT
• Special emphasis
• Where do the baryons go?
• How is directed energy transferred to the
  reaction products?
• Two magnetic dipole spectrometers in classic
  fixed-target configuration

31
RHIC

• STAR PHENIX

• An experiment with a challenge
• Track 2000 charged particles in h lt 1
• Large acceptance

• An experiment with something for everybody
• A complex apparatus to measure
• Hadrons
• Muons
• Electrons
• Photons
• Executive summary
• High resolution
• High granularity

32
(PID) Acceptances
PHOBOS Acceptance

• STAR Acceptance

33
Petit Bang signatures du QGP

• Suppression anormale du J/Y
• plasma ? écrantage de couleur

quarkonium
S-U
p-A
Pb-Pb
écrantage
c
Y
NA50
c ? g y (30)
34
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