Duze pedy poprzeczne w zderzeniach relatywistycznych jon

1
Duze pedy poprzeczne w zderzeniach
relatywistycznych jonów.
Konferencja QM05 czesc II

• Bozena Boimska
• IPJ

Seminarium Fizyki Wysokich Energii, UW
9 XII 2005
2
Plan

• Wstep
• Modyfikacje widm pT w zderzeniach AA
• Czy obserwujemy gaszenie jetów?
• -gt oddzialywania p(d)A
• -gt korelacje azymutalne
• Podsumowanie
• Przyszlosc HI

3
Wyniki z konferencji Quark Matter
Budapeszt,
sierpien 2005. W czesci I bylo
charakterystyki globalne (krotnosci, rozklady
pospiesznosci) flow troche o hard probes
(czastki z kwarkami ciezkimi, czastki z duzym
pT). W zderzeniach ciezkich jader przy
wysokich energiach tworzona gesta, goraca materia
partonowa.
4
Duze pT
Czastki z duzym pT pochodza z jetów
sa produkowane w oddzialywaniach twardych w
poczatkowej fazie zderzenia (t1/pT0.1
fm/c) mozna policzyc przekrój czynny na
ich produkcje metodami pQCD.
W zderzeniach AA parton, który oddzialywal
twardo, porusza sie w osrodku, który jest
(jeszcze) gesty i goracy gt czastki z duzym
pT (powstale z fragmentacji tego partonu) niosa
informacje o materii powstalej zaraz po
zderzeniu.
5
Dane
Glównie z eksperymentów (BRAHMS, PHOBOS, PHENIX,
STAR) przy akceleratorze RHIC w
Brookhaven. Stare dane AuAu
(vsNN 200, 130, 19GeV) dAu
(200GeV) pp (200GeV) Nowe
dane Run4 AuAu 200GeV long
run, high statistics AuAu
62GeV energy scan Run5 CuCu
200GeV system size
CuCu 62GeV energy scan
CuCu 22GeV
nowoopracowane dane z NA49 i NA57 (SPS w
CERN) dla PbPb_at_vsNN 17GeV.
6
Wyznaczanie centralnosci
Spectators
Participant Region
b
2R 15fm
Spectators
Mniejszy parametr zderzenia b
Wiekszy obszar zderzenia
Wiecej nukleonów uczestników Npart i zderzen
Ncoll
7
Wyznaczanie centralnosci

• Niestety nie da sie zmierzyc parametru
  zderzenia b
• Eksperymenty przy RHICu, centralnosc
  parametryzuja przez liczbe zderzen Ncoll i liczbe
  uczestników Npart

(85-100)
(0-5)

• Mierzy sie rozklady krotnosci czastek
  naladowanych, i rozdziela na przedzialy danego
  ulamka calkowitego przekroju nieelastycznego - ?
• Z modelu Glaubera wylicza sie Ncoll i Npart
  odpowiadajace danemu przedzialowi ?

8
Nuclear modification factor - R
równiez uzywane
male pT - miekkie oddzialywania skalowanie z
liczba partycypantów Npart gt Rlt1 duze pT -
twarde oddzialywania skalowanie z liczba
zderzen Ncoll gt R1
Rgt1 -
wzmocnienie
Rlt1 - tlumienie
Cos ciekawego dzieje sie gdy
9
Widma pT AuAu_at_200GeV
B.Cole
Duzy zakres mierzonych pT az do 20GeV/c
10
R - zaleznosc od centralnosci AuAu_at_200GeV
B.Cole
Tlumienie - rosnie z centralnoscia
pT
dla centralnych efekt bardzo silny (RAA0.2!)
dla pT od 4 do
20GeV/c const.
gtbardzo gesty osrodek(?)
11
R - zaleznosc od energiiAuAu_at_200GeV
AuAu_at_62GeV
centralnosc
P.Staszel
Brahms preliminary
h
200 GeV
62.4 GeV
200 GeV pp reference from BRAHMS data PRL 93,
242303 (2004)
62.4 GeV pp reference is based on ISR collider
data

• Po obnizeniu energii do 62GeV
• dla pól-centralnych wzmocnienie
• dla centralnych - tlumienie (ale mniejsze niz
  dla 200GeV)

12
AuAu vs. CuCu
V.Greene
Pomiar dla duzych pT
dla centr. CuCu_at_200GeV - tlumienie
Zaleznosc od centralnosci RAA(pT gt 7
GeV/c) CuCu podobne do AuAu przy danym Npart
13
R - zaleznosc od rodzaju czastkiAuAu_at_200GeV
D.Roehrich
RCP
Dla srednio-duzych pT widoczne róznice pomiedzy
czastkami. Efekt masowy czy partonowy? gt
zbadac np. f
Róznica mezon-barion gt rózny mechanizm produkcji
(rekombinacja(?))
14
R - zaleznosc od rodzaju czastkiFotony
bezposrednie (prompt photons)
B.Cole
centralne AuAu_at_200GeV
Duze pT p0 , h RAA lt 1 prompt g RAA
1 (skalowanie z Ncoll) - zgodne z
oczekiwaniami
bo g nie oddzialuja silnie z
osrodkiem
15
Zaleznosc od energii raz jeszcze ... Nowe dane
dla SPS PbPb_at_17GeV
M.van Leeuwen
NA49
NA57
Stare dane dla SPS - WA98, Eur.Phys. J. C23, 225
(2002) niekonkluzywne

• Nowe dane NA49 i NA57
• R(barion) gt R(mezon) - podobnie jak przy RHICu
• dla barionów wzmocnienie
• dla mezonów niewielkie tlumienie! (RHIC
  silne tlumienie)

16
Co na to teoria?
Efekt tlumienia produkcji czastek z duzymi pT
przewidziany zanim uruchomiony RHIC M.Gyulassy
et al. Phys.Lett.B243(1990)432, X.N.Wang et
al. Phys.Rev.D51(1995)3436
Gluon bremsstrahlung
jet quenching radiacyjne straty
energii przez wysokoenergetyczne partony
poruszajace sie w gestym osrodku partonowym
High gluon density requires deconfined matter
(indirect QGP signature !)
17
Eksperyment vs. Teoria
M.van Leeuwen
I.Tserruya
RHIC
SPS
Modele pQCDenergy loss - dobrze opisuja dane
eksperymentalne dla duzych pT
- pozwalaja uzyskac informacje o wytworzonej
materii np. o gestosci gluonów dNg/dy400-600
dla SPS
dNg/dy1200 dla RHIC
18
Podsumowujac ...

• Duze pT
• Centralne AuAu_at_200GeV - Rlt1 tlumienie
• Efekt slabszy (mniejsze tlumienie) gdy
• - mniej centralne zderzenie
• - lzejsze jadra
• - nizsza energia (poczatki tlumienia
  widoczne przy SPS)
• Srednio-duze pT
• Widoczna zaleznosc od typu czastki (mezon-barion)
• Efekt tlumienia tlumaczony przez modele
  teoretyczne poprzez tzw. jet quenching.
• Jak sprawdzic czy obserwowany efekt moze byc
  rzeczywiscie wynikiem gaszenia jetów?
• Badanie prostszych systemów p(d)A (nie
  spodziewamy sie tworzenia gestej, goracej
  materii).
• Badanie jetów

19
Porównanie dAu AuAu
C.Gagliardi
_at_200GeV
h
centralne dAu brak tlumienia, Rgt1 -
wzmocnienie (rosnie z centralnoscia)
centralne AuAu silne tlumienie
Pokazywane juz na QM03 w Oakland
Tlumienie produkcji czastek z duzym pT w AuAu
wynik wytworzonej w zderzeniu gestej materii
partonowej gt Mamy jet quenching
20
Badanie zderzen dAu_at_200GeV R - zaleznosc od
rodzaju czastki
X. Cai
Dla pT gt 1GeV/c Rgt1 - wzmocnienie
(efekt Cronina) R(barion) gtR (mezon) -
podobnie jak dla AuAu Czy tu tez
rekombinacja?
21
R - zaleznosc od rodzaju czastki Oddzialywanie z
materia kwarki ciezkie vs. lekkie
C.Gagliardi
Heavy quarks
dAu
Light quarks
non-photonic electrons
h
AuAu
Heavy quarks
dAu R1 - skalowanie z Ncoll AuAu
R 0.2 - tlumienie podobne jak dla kwarków
lekkich
22
R - zaleznosc od pospiesznosci Co dzieje sie
poza obszarem centralnym ?
AuAu_at_200GeV
P.Staszel
Brak wyraznej zaleznosci od pospiesznosci dla obu
badanych centralnosci.
Czy oznacza to, ze gesta materia partonowa
powstajaca w centralnych zderzeniach rozciaga
sie az do y3?
23
R - zaleznosc od pospiesznosci Czastki
zidentyfikowane
centralne AuAu_at_200GeV
I.Tserruya
Piony y0 , y3.1
Protony y0, y3
brak zaleznosci od pospiesznosci
24
R - zaleznosc od pospiesznosci dAu_at_200GeV
D.Roehrich
BRAHMS PRL 93, 242303 (2004)

• Inaczej niz dla AuAu
• zaleznosci od pospiesznosci (R maleje)
• zaleznosc od centralnosci (efekt silniejszy dla
  zderzen centralnych)

Efekty obserwowane w dAu tlumaczone przez modele
saturacyjne.
25
Saturacja gluonów
I.Tserruya
przy maleniu x gestosc gluonów gwaltownie rosnie
dla wysokich energii calkowite przekroje czynne
rosna wolno z energia

• Dla malych x gluony gesto upakowane, stad
  oddzialywania miedzy nimi (gluon-gluon fusion)
  i dlatego gestosci gluonów ograniczone (gluon
  saturation)
• Color Glass Condensate (CGC) D.Kharzeev et al.
  PLB 561 (2003) 93
• CGC poprawnie opisuje dane z HERY dla xlt10-2

Dla oddzialywan jadrowych efekt powinien byc
silniejszy (zaleznosc od A), bo wieksze gestosci
gluonów.
Dla RHIC vs200GeV y3 pT1GeV/c x10-3
gt efekty saturacji gluonów

moglyby byc
widoczne
26
Jednak juz przy SPS ...
centralne pPb_at_17GeV
D.Roehrich
gdy xF rosnie R maleje
B.B. PhD
Saturacja gluonów? Raczej NIE
27
Wracajac do jetów ...
STAR

• Dla zderzen AA
• zbyt duze krotnosci by stosowac algorytmy jetowe
• badanie jetów poprzez korelacje azymutalne

28
Korelacje azymutalne
STARpp jet event
near-side
away-side
dN/dDf
Df
0º
180º
Trigger jetu

• Szukanie jetów (procedura statystyczna)
• Szukamy czastki z duzym pT (powyzej pewnego
  progu) trigger jetu
• Patrzymy na korelacje azymutalne pomiedzy
  triggerem a innymi czastkami, tzn. na rozklad
  1/Ntrig dN/d(??)
• trzeba odfiltrowac korelacje z innych zródel
  (np. flow)

29
Korelacje azymutalne - Wyniki
Dla AuAu niedobór duzych pT dla rozkladów
inkluzywnych (Rlt1) - rezultat oddzialywan jetów
z materia (jet quenching)
Efekt powinien byc równiez widoczny dla
korelacji azymutalnych
4lt pT(trig) lt 6 GeV/c
2 ltpT(assoc)ltpT(trig)GeV/c

• pp i dAu wygladaja podobnie
• dla centralnych AuAu ginie jet away

J. Adams et al, Phys. Rev. Lett. 91 (2003) 072304

30
Korelacje azymutalne
Jak mozna to wytlumaczyc
Ten widac bo powstaje blisko brzegu
J. Adams et al, Phys. Rev. Lett. 91 (2003) 072304

Ten jest tlumiony w gestym osrodku jet
quenching
31
Korelacje azymutalne - nowe wyniki wieksze
pT(trig)
Duza statystyka (Run4) to mozna badac korelacje
dla czastek z wiekszym pT
AuAu, 0-5
J.Dunlop
STAR Preliminary
No background subtraction!
away-side peak niewidoczny
away-side peak zaczyna byc widoczny
32
Korelacje azymutalne - nowe wyniki wieksze
pT(trig) i pT(assoc)
8 lt pT(trig) lt 15 GeV/c
pT(assoc)gt6 GeV/c
J.Dunlop
STAR Preliminary
For the first time clear jet-like peaks seen on
near and away side in central AuAu collisions
gt informacja o osrodku (z modeli)
33
Korelacje azymutalne Zaleznosc od centralnosci
8 lt pT(trig) lt 15 GeV/c
C.Gadliardi
Brak zaleznosci od centralnosci
Im centralniejsze tym wieksze tlumienie
34
Podsumowanie

• W centralnych zderzeniach AA
• - produkcja czastek z duzym pT tlumiona w
  porównaniu do przewidywanego skalowania z Ncoll
• - 0bserwuje sie znikanie jetu-away.
• Dla zderzen dAu efekt nie wystepuje.
• Dane zgodne z modelami pQCD uwzgledniajacymi
  radiacyjne straty energii partonów poruszajacych
  sie w gestym osrodku partonowym.
• Efekt jest silniejszy dla wiekszych energii i
  bardziej centralnych zderzen (lub ciezszych
  jader).
• W obszarze srednio-duzych pT widoczna
  zaleznosc od typu czastki (efekt barion-mezon)
  -gt w modelach nalezaloby chyba uwzglednic
  dodatkowo efekty nie-perturbacyjne (takie jak
  np.rekombinacja)

35
Przyszlosc - RHIC
S.Aronson

• Key measurements for the future
• Hard probes (high pT, heavy quarks) sensitive to
  how the medium is created
• jets
• hidden charm beauty
• open charm beauty
• Electromagnetic probes (real virtual gs)
  information about the mediums early properties
• Low-mass ee- pairs
• Thermal radiation

Planowane zwiekszenie swietlnosci (poczatkowo
X2-3 , docelowo X10) zwiekszenie zakresu A dla
wiazek (az do uranu) rozbudowa detektorów
(precyzyjne detektory wierzcholka, identyfikacja
dla czastek przy wyzszych pT, poszerzenie obszaru
detekcji w kierunku do przodu, ...)
Na razie to tylko plany.
2012 2014 (?) - rozpoczecie budowy eRHIC
36
Przyszlosc - LHC
Akcelerator LHC (Large Hadron Collider) w
CERNie i jego 4. eksperymenty
ALICE (A Large Ion Collider Experiment)
ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS)
CMS (Compact Muon Solenoid)
LHC B sa w trakcie budowy.
Uruchomienie planowane na rok 2007. Badane
zderzenia pp przy vsNN14
TeV PbPb przy vsNN 5.5TeV
W pózniejszych latach prawdopodobnie beda
równiez badane zderzenia pA
zderzenia lzejszych jader (Sn, Kr,
Ar, O) nizsze energie.
37
ALICE - eksperyment dedykowany badaniom HI
ATLAS i CMS (badanie pp) - maja tez program HI

2007 pp collisions _at_ 14 TeV 2008 PbPb
collisions _at_ 5.5 TeV
38
LHC
H.A. Gustafsson
Running parameters
vsNN (TeV)
L (cm-2s-1)
Run time (s/year)
sgeom (b)
Collision system
14.0
1034
107
0.07
pp
5.5
1027
106
PbPb
7.7
W porównaniu do RHICa, wytworzony w zderzeniu
system goretszy wiekszy
gesciejszy o dluzszym czasie
zycia. (prawie 30 razy wieksza energia i ciezsze
jadra)
39
Obszar kinematyczny
H.A. Gustafsson
Przy LHC dostepny obszar bardzo malych x
(saturacja gluonów CGC)
RHIC
x10-3-10-4
x10-5-10-6
RHIC
y3
LHC
y0
y5
40
Procesy twarde
H.A. Gustafsson
procesy twarde dominuja duzo czastek z bardzo
duzymi pT duzo ciezkich kwarków
41
Program fizyczny
Charakterystyki globalne (day-one
measurments) Nch, dN/dh, dET/dh, flow
Jety i ich tlumienie Ciezkie kwarki Quarkonia
(J/?, ? ) Fotony bezposrednie (direct)
(GyulassyVitev)
Przewidywania teoretyczne
42
Porównanie eksperymentów- pokrycie w pT
H.A. Gustafsson
0
1
2
10
100
pt (GeV/c)
Hard processes modified by the medium
Bulk properties
ALICE
PID
CMS ATLAS
ALICE (male pT, PID) CMS ATLAS (bardzo duze pT)
43
Backup slides
44
Azimuthal correlations How does the medium
respond?
C.Gadliardi
High momentum correlation suppressed Low
momentum correlation enhanced Recoil
distribution soft and broad .
45
RCP i RAA - róznice
D.Roehrich
Uwaga RCP RAA
Mezony RCPlt 1, RAAlt1 Bariony RCPlt1, R AAgt1