Cr

1
Création dune matière atypiqueàRHIC
2
Plasma de Quarks et de Gluons
1975 - 2005

• Doù sommes-nous partis ?
• Des collisions dions lourds pour caractériser
  la QCD (N corps)
• AA versus pA  milieu QCD froid  , pp
   vide QCD 
• De ?sNN 4.7 GeV (AGS_at_BNL) à ?sNN 200 GeV
  (RHIC_at_BNL)

RHIC crée un sQGP, un système sous forte
interaction
A des densités dénergie les plus hautes jamais
atteintes (egt5GeV/fm3)
Similaire à un fluide (hydrodynamique) presque
parfait et qui atteint un équilibre chimique à
lhadronisation (Tchem Tcrit)
Avec une forte collectivité, dès les premiers
instants (??1fm/c)
Avec des degrés de liberté compatibles avec les
quarks constituants
Avec des densités de gluons les plus fortes
jamais estimées dN/dy1000
Où en sommes-nous ?
3
Plasma de Quarks et de Gluons
1975 - 2005

• Doù sommes-nous partis ?
• Des collisions dions lourds pour caractériser
  la QCD (N corps)
• AA versus pA  milieu QCD froid  , pp
   vide QCD 
• De ?sNN 4.7 GeV (AGS_at_BNL) à ?sNN 200 GeV
  (RHIC_at_BNL)

RHIC crée un sQGP, un système sous forte
interaction
A des densités dénergie les plus hautes jamais
atteintes (egt5GeV/fm3)
Similaire à un fluide (hydrodynamique) presque
parfait et qui atteint un équilibre chimique à
lhadronisation (Tchem Tcrit)
Avec une forte collectivité, dès les premiers
instants (??1fm/c)
Avec des degrés de liberté compatibles avec les
quarks constituants
Avec des densités de gluons les plus fortes
jamais estimées dN/dy1000
Où en sommes-nous ?
4
États et régions du domaine nucléaire
5
Le Plasma de Quarks et de Gluons
JC Collins, MJ Perry PRL34(1975)1353

• Our basic picture then is that matter at
  densities higher than nuclear consists of a quark
  soup. The quarks become free at sufficiently high
  density.

6
Le Plasma de Quarks et de Gluons
aujourdhui
7
Scénario dune collision dions lourds

• Quel milieu sommes-nous parvenus à créer  en
  laboratoire  ?

• Quelles en sont ses caractéristiques ?
• chimiques, thermiques (cinétiques), collectives

• Comment peut-on le comprendre ?
• Des comportements similaires à ceux dune matière
  composée de hadrons ?

La démarche observables selon la centralité de
collision, la taille du système (p-p, p-A, A-A),
dautres observables insensibles à un milieu
dense
8
Les signaux du SPS
Le charme du SPS
Suppression du J/?
9
les premières manifestations
10 février 2000

• Des conclusions difficiles à extraire
• expérimentales
• 1 expérience ? 1 observable
• des signatures non observées
• faibles déviations aux scénarios standards
• théoriques interprétations ambiguës
• QGP ou gaz hadronique plausible

10
Caractéristiques - machine dédiée -
circonférence 3.9 km - 2 anneaux indépendants -
flexibilité au niveau des systèmes et énergies de
collision
11
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• Doù sommes-nous partis ?
• Des collisions dions lourds pour caractériser
  la QCD (N corps)
• AA versus pA  milieu QCD froid  , pp
   vide QCD 
• De ?sNN 4.7 GeV (AGS_at_BNL) à ?sNN 200 GeV
  (RHIC_at_BNL)

RHIC crée un sQGP, un système sous forte
interaction
A des densités dénergie les plus hautes jamais
atteintes (egt5GeV/fm3)
Similaire à un fluide (hydrodynamique) presque
parfait et qui atteint un équilibre chimique à
lhadronisation (Tchem Tcrit)
Avec une forte collectivité, dès les premiers
instants (??1fm/c)
Avec des degrés de liberté compatibles avec les
quarks constituants
Avec des densités de gluons les plus fortes
jamais estimées dN/dy1000
Où en sommes-nous ?
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Plasma de Quarks et de Gluons
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• Doù sommes-nous partis ?
• Des collisions dions lourds pour caractériser
  la QCD (N corps)
• AA versus pA  milieu QCD froid  , pp
   vide QCD 
• De ?sNN 4.7 GeV (AGS_at_BNL) à ?sNN 200 GeV
  (RHIC_at_BNL)

RHIC crée un sQGP, un système sous forte
interaction
A des densités dénergie les plus hautes jamais
atteintes (egt5GeV/fm3)
Similaire à un fluide (hydrodynamique) presque
parfait et qui atteint un équilibre chimique à
lhadronisation (Tchem Tcrit)
Avec une forte collectivité, dès les premiers
instants (??1fm/c)
Avec des degrés de liberté compatibles avec les
quarks constituants
Avec des densités de gluons les plus fortes
jamais estimées dN/dy1000
Où en sommes-nous ?
13
Multiplicité et densité dénergie au TOP
Bjorken matière sans interaction en expansion
longitudinale
e 1/(?R2t0)dET/dh
Progression monotone de la multiplicité

• e 5.5 GeV/fm3 (3.2_at_SPS)
• x 1.7 par rapport au SPS
• gt ec (QCD) 1 GeV/fm3

PHENIX PRL87(2001)52301NA49 PRL75(1995)3814
14
Les empreintes de la collision

• Amplitude des spectres
• ? Propriétés chimiques du système
• Forme des spectres
• ? Propriétés dynamiques du système

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• Doù sommes-nous partis ?
• Des collisions dions lourds pour caractériser
  la QCD (N corps)
• AA versus pA  milieu QCD froid  , pp
   vide QCD 
• De ?sNN 4.7 GeV (AGS_at_BNL) à ?sNN 200 GeV
  (RHIC_at_BNL)

RHIC crée un sQGP, un système sous forte
interaction
A des densités dénergie les plus hautes jamais
atteintes (egt5GeV/fm3)
Similaire à un fluide (hydrodynamique) presque
parfait et qui atteint un équilibre chimique à
lhadronisation (Tchem Tcrit)
Avec une forte collectivité, dès les premiers
instants (??1fm/c)
Avec des degrés de liberté compatibles avec les
quarks constituants
Avec des densités de gluons les plus fortes
jamais estimées dN/dy1000
Où en sommes-nous ?
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• Des collisions dions lourds pour caractériser
  la QCD (N corps)
• AA versus pA  milieu QCD froid  , pp
   vide QCD 
• De ?sNN 4.7 GeV (AGS_at_BNL) à ?sNN 200 GeV
  (RHIC_at_BNL)

RHIC crée un sQGP, un système sous forte
interaction
A des densités dénergie les plus hautes jamais
atteintes (egt5GeV/fm3)
Similaire à un fluide (hydrodynamique) presque
parfait et qui atteint un équilibre chimique à
lhadronisation (Tchem Tcrit)
Avec une forte collectivité, dès les premiers
instants (??1fm/c)
Avec des degrés de liberté compatibles avec les
quarks constituants
Avec des densités de gluons les plus fortes
jamais estimées dN/dy1000
Où en sommes-nous ?
17
Au freeze-out chimique

• Modèles statistiques
• (équilibres thermique - chimique au FO)

F Becattini Eur Phys JC5(1998)143 P
Braun-Munzinger PLB518(2001)41 M Kaneta
nucl-th/0405068
1) Tch 160 5 MeV (155_at_SPS )

• Tch ? TQCD

2) ?B 24 4 MeV (250_at_SPS)
Au RHIC le système est à léquilibre chimique
18
Au freeze-out thermique
Z Xu JPG Nucl. Part.30(2004)927
Temps
Modèle hydrodynamique Source en équilibre
thermique T, en expansion avec une vitesse
collective (flot) lt?Tgt
Tch

• RHIC
• ?, K, p
• T 90 MeV lt Tch 160 MeV
• lt?Tgt 0.57 c
• Rediffusion
• ?, ?
• T150MeV, lt?Tgt0.47c
• Faible sint
• ? création plus tôt

faible sint flot ? 0 ? Flot né des
interactions, très tôt, entre partons
Tendances moins nettes au SPS
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  la QCD (N corps)
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   vide QCD 
• De ?sNN 4.7 GeV (AGS_at_BNL) à ?sNN 200 GeV
  (RHIC_at_BNL)

RHIC crée un sQGP, un système sous forte
interaction
A des densités dénergie les plus hautes jamais
atteintes (egt5GeV/fm3)
Similaire à un fluide (hydrodynamique) presque
parfait et qui atteint un équilibre chimique à
lhadronisation (Tchem Tcrit)
Avec une forte collectivité, dès les premiers
instants (??1fm/c)
Avec des degrés de liberté compatibles avec les
quarks constituants
Avec des densités de gluons les plus fortes
jamais estimées dN/dy1000
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  la QCD (N corps)
• AA versus pA  milieu QCD froid  , pp
   vide QCD 
• De ?sNN 4.7 GeV (AGS_at_BNL) à ?sNN 200 GeV
  (RHIC_at_BNL)

RHIC crée un sQGP, un système sous forte
interaction
A des densités dénergie les plus hautes jamais
atteintes (egt5GeV/fm3)
Similaire à un fluide (hydrodynamique) presque
parfait et qui atteint un équilibre chimique à
lhadronisation (Tchem Tcrit)
Avec une forte collectivité, dès les premiers
instants (??1fm/c)
Avec des degrés de liberté compatibles avec les
quarks constituants
Avec des densités de gluons les plus fortes
jamais estimées dN/dy1000
Où en sommes-nous ?
21
Remonter au début par le flot elliptique

• Interactions entre les constituants ? gradient
  de pression asymétrie spatiale ? impulsion

Collisions non centrales

• Émission des particules avec un angle défini par
  rapport au plan de réaction (décomposition en
  série de Fourier)

Asymétrie spatiale

• A y 0 le flow v1 disparaît, seul v2 demeure.

v2 sensible aux 1ers instants de la collision
donc aux interactions partoniques dans le milieu
dense
Asymétrie dans lespace des impulsions
JY Ollitrault PR D46(1992)229 H Sorge PRL
B402(1997) 251
22
Fonction dexcitation du flot
Limite hydrodynamique atteinte (nouveau)
Flot elliptique important (déjà le cas au SPS)
Huovinen,Kolb,Heinz,Ruuskanen,Voloshin
PLB503(2001)58

• Phases hadronique plasma

• Thermalisation très tôt (ttherm1fm/c)

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• Des collisions dions lourds pour caractériser
  la QCD (N corps)
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   vide QCD 
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  (RHIC_at_BNL)

RHIC crée un sQGP, un système sous forte
interaction
A des densités dénergie les plus hautes jamais
atteintes (egt5GeV/fm3)
Similaire à un fluide (hydrodynamique) presque
parfait et qui atteint un équilibre chimique à
lhadronisation (Tchem Tcrit)
Avec une forte collectivité, dès les premiers
instants (??1fm/c)
Avec des degrés de liberté compatibles avec les
quarks constituants
Avec des densités de gluons les plus fortes
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  la QCD (N corps)
• AA versus pA  milieu QCD froid  , pp
   vide QCD 
• De ?sNN 4.7 GeV (AGS_at_BNL) à ?sNN 200 GeV
  (RHIC_at_BNL)

RHIC crée un sQGP, un système sous forte
interaction
A des densités dénergie les plus hautes jamais
atteintes (egt5GeV/fm3)
Similaire à un fluide (hydrodynamique) presque
parfait et qui atteint un équilibre chimique à
lhadronisation (Tchem Tcrit)
Avec une forte collectivité, dès les premiers
instants (??1fm/c)
Avec des degrés de liberté compatibles avec les
quarks constituants
Avec des densités de gluons les plus fortes
jamais estimées dN/dy1000
Où en sommes-nous ?
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Émergence de degrés de liberté pertinents
Calculs hydrodynamiques
P Huovinen, P Kolb, U Heinz, P Ruuskanen, S
Voloshin PLB503(2001)58

• v2/nq versus pT/nq
• Les degrés de liberté qui priment sont des quarks
  constituants
• Un flot est créé au niveau partonique, et
  accréditant les modèles de coalescence de quarks

PHENIX PRL91(2003)182301
/ STAR PRL92(2004)052302
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• Des collisions dions lourds pour caractériser
  la QCD (N corps)
• AA versus pA  milieu QCD froid  , pp
   vide QCD 
• De ?sNN 4.7 GeV (AGS_at_BNL) à ?sNN 200 GeV
  (RHIC_at_BNL)

RHIC crée un sQGP, un système sous forte
interaction
A des densités dénergie les plus hautes jamais
atteintes (egt5GeV/fm3)
Similaire à un fluide (hydrodynamique) presque
parfait et qui atteint un équilibre chimique à
lhadronisation (Tchem Tcrit)
Avec une forte collectivité, dès les premiers
instants (??1fm/c)
Avec des degrés de liberté compatibles avec les
quarks constituants
Avec des densités de gluons les plus fortes
jamais estimées dN/dy1000
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• Doù sommes-nous partis ?
• Des collisions dions lourds pour caractériser
  la QCD (N corps)
• AA versus pA  milieu QCD froid  , pp
   vide QCD 
• De ?sNN 4.7 GeV (AGS_at_BNL) à ?sNN 200 GeV
  (RHIC_at_BNL)

RHIC crée un sQGP, un système sous forte
interaction
A des densités dénergie les plus hautes jamais
atteintes (egt5GeV/fm3)
Similaire à un fluide (hydrodynamique) presque
parfait et qui atteint un équilibre chimique à
lhadronisation (Tchem Tcrit)
Avec une forte collectivité, dès les premiers
instants (??1fm/c)
Avec des degrés de liberté compatibles avec les
quarks constituants
Avec des densités de gluons les plus fortes
jamais estimées dN/dy1000
Où en sommes-nous ?
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Les grands pt en pp (référence) et pQCD
pp ???0?X
pp ??h??X

• Bonne description théorique (NLO pQCD)
• Référence bien calibrée
• (expérimentalement et théoriquement)

29
Production à grands pt et pQCD
Collisions centrales
Collisions périphériques
Données AuAu périphériques en accord avec pp et
pQCD (loi déchelle selon Ncoll)
Fort déficit dans les collisions AuAu centrales

30
Déficit des jets à grands pt

• Milieu dense
• perte dénergie des partons, abaissant les pT
• suppression de jets, des hadrons
• phénomène ? à la densité dénergie donc à
  la densité gluonique (jet-quenching)
• Suppression à haut pT ? phase QGP

M Gyulassy, X Wang NPB420(1994)583 R Baier, Y
Dokshitzer, A Mueller, S Peigne,D Schiff
NPB483(1997)291

• Quantification des effets nucléaires de la
  matière nucléaire froide avec les collisions pp
  et dAu
• - effets de shadowing (modification des fns de
  structures des partons)
• - collisions multiples (effet Cronin)

Cronin collisions multiples modifiant les pT
31
 Voir  lexistence dun milieu dense
Facteur de modification nucléaire
Lun des résultats les plus significatifs La
découverte à RHIC du jet quenching
PRC69(2004)034910

• Évolution avec la centralité des collisions AuAu
  radicalement différente de celle des collisions
  dAu
• AuAu effet dû à un milieu très dense (jamais
  observé à plus basse énergie)

32
Perte dénergie des partons et pQCD
PHENIX PRC69(2004)034910 STAR
PRL91(2003)172302 GLV I. Vitev,
JPG30(2004)S791 I Vitev, M Gyulassy
PRL89(2002)252301

• Ajustement avec pQCD (? ?E des partons)
• dNgluon/dy 1100 au début de lexpansion
• 30-50 la densité de gluons de la matière froide

33
Dépendance au type de particules
STAR_at_SQM04
Même dépendance que celle du flot elliptique, en
accord avec les prédictions des modèles basés sur
la coalescence de quarks
34
Le CGC proposé comme précurseur

• Conditions initiales à RHIC ions lourds
  énergies élevées
• Densité de partons (gluons) très élevée
• Noyaux en collision décrits comme des états
  gluoniques hautement saturés
• ? Color Glass Condensate (précurseur du QGP)

E Iancu, L McLerran PLB510(2001)145
? 0
? 1
Origine de la suppression Une production de
jets moindre en raison de la saturation des
gluons INITIALE
RdAu
BRAHMS nucl-ex/0403005

• Région de prédilection pour son étude
• système dAu aux grandes rapidités
• Rapidité ?, x?
• Effet moindre des interactions dans létat
  final, dominantes dans les collisions AA

? 2.2
? 3.2
35
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  (RHIC_at_BNL)

RHIC crée un sQGP, un système sous forte
interaction
A des densités dénergie les plus hautes jamais
atteintes (egt5GeV/fm3)
Similaire à un fluide (hydrodynamique) presque
parfait et qui atteint un équilibre chimique à
lhadronisation (Tchem Tcrit)
Avec une forte collectivité, dès les premiers
instants (??1fm/c)
Avec des degrés de liberté compatibles avec les
quarks constituants
Avec des densités de gluons les plus fortes
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  la QCD (N corps)
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  (RHIC_at_BNL)

RHIC crée un sQGP, un système sous forte
interaction
A des densités dénergie les plus hautes jamais
atteintes (egt5GeV/fm3)
Similaire à un fluide (hydrodynamique) presque
parfait et qui atteint un équilibre chimique à
lhadronisation (Tchem Tcrit)
Avec une forte collectivité, dès les premiers
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quarks constituants
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Où en sommes-nous ?
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Que nous faut-il de plus ?
Des débuts prometteurs mais

• Que devient la perte dénergie ?
• pQCD reproduit qualitativement
• la suppression mais ? des aspects
• importants de ?E des partons
• rayonnement induit et son
• interaction dans le milieu
• différence gluon/quark (u,c)
• Constance du RAA avec pT
• GLV compromis entre ?E,
• Cronin, shadowing
• WW feedback du domaine
• des pT intermédiaires
• EHSW compromis entre ?E et
• et le spectre en pT des partons
• dont la pente augmente avec pT

RAA insensible au milieu pour qgt5GeV2/fm producti
on des particules  épidermiques  non
supprimées même aux densités les plus élevées.