Charakterystyki poprzeczne hadron

1
Charakterystyki poprzeczne hadronów w
oddzialywaniach elementarnych i jadrowych
wysokiej energii Bozena BoimskaIPJ
2
Plan seminarium

• Wprowadzenie
• Eksperyment NA49
• Analiza
• Wyniki
• ? próba ich zrozumienia porównanie z
  modelami
• ? wyniki z innych eksperymentów
• Podsumowanie

3
Charakterystyki poprzeczne ...
charakterystyki zwiazane z pedem poprzecznym
czastek

• rozklady pT
• korelacje pT - pL
• wspólczynnik modyfikacji jadrowej RAB(pT)

Niosa informacje o dynamice reakcji

• Wyniki dla roznych
• ? typów zderzen (hh, hA, AA) ? typów
  czastek w stanie koncowym ? energii zderzenia

Wyniki mojej analizy (dane NA49) oraz z innych
eksperymentów (przy SPS i RHIC)
4
Eksperyment NA49

• przy akceleratorze SPS w CERN
• na stalej tarczy
• badane rózne systemy hp, hA, AA
• szerokie pokrycie przestrzeni fazowej
  (przednia pólkula)
• identyfikacja czastek

Podstawowe detektory komory projekcji
czasowej (VTPC, MTPC) - rekonstrukcja torów
czastek - identyfikacja czastek
(dE/dx) Centralnosc zderzenia (b, Nw, ?) hA CD
detekcja szarych protonów AA VCAL
detekcja obserwatorów pocisku
5
Identyfikacja czastek
przy uzyciu informacji o stratach energii czastek
na jonizacje
N liczba punktów na sladzie ? global
tracking, wtedy N duze
Nmax234
typowo sdE/dx 4
6
Badane zderzenia
Badane czastki
pp_at_158GeV 2.5M
pp_at_100GeV 260k
pp_at_40GeV 80k rózne centr. pPb_at_158GeV
850k
dodatkowo rózne centr. PbPb_at_158AGeV
Wyniki nie poprawione na rozpady ?, S, K0S,
ale oszacowany ich wplyw
Charakterystyki pT badane dla róznych obszarów xF
CM uklad srodka masy N-N
7
Modele fenomenologiczne
FRITIOF wersja 7.02 i VENUS wersja 4.12
wzbudzenie podluzne
wymiana koloru
oddzialywania pp_at_158GeV wygenerowane próbki po
500k
8
Widma pT
sredni pT
Rozklady gestosci
pp
pPb
9
Korelacje ltpT gt - xF
pp_at_158GeV
Róznica pomiedzy p i p oraz p i p- (widoczna
szczególnie przy wiekszych xF) moze byc
przypisana wplywowi skladu kwarkowego czastek w
stanie koncowym i poczatkowym
Bledy syst. w MeV/c xF p p p
10 20 4
0.1
0.3
15 80 6
10
Korelacje ltpT gt - xFZaleznosc od krotnosci nch
pp_at_158GeV
dla 0.1ltxFlt0.5 wieksze ltpTgt dla przypadków z
wieksza krotnoscia
? przejaw wystepowania twardych procesów?
11
Próba zrozumienia wyników
Na przykladzie pionów
W ramach modeli partonowych
kT
pT frag
pT pQCD
Tylko wzrost Phard prowadzi do wzrostu
krotnosci. Dla Phard najwiekszy wzrost ltpTgt w
obszarze 0.1ltxFlt0.5
12
Zaleznosc od energii
Korelacje ltpT gt - xF
oddzialywania pp
dla obszaru 0.1lt xFlt0.5
piony - wyrazna zaleznosc protony - brak
zaleznosci
(wzrost ltpTgt)
Równiez dla oddzialywan ee- i lh dla
hadronów naladowanych wzrost ltpTgt z energia w
badanym obszarze xF (Z.Phys.C22(1984)307,
Z.Phys.C27(1985)239, Nucl.Phys.B188(1981)1) opis
przez modele teoretyczne po uwzglednieniu wkladu
od procesów twardych
np. dla ee- wklad od tych procesów znaczacy juz
dla vs10GeV
Morr72 D.Morrison Review of Many-Body
Interactions at High Energy, Proc. 4th Int.
Conf. on High-Energy Collisions, Oxford (1972)
13
VENUS, FRITIOF vs. dane
FRITIOF modif. wlaczone procesy
twarde (PYTHIA)
VENUS modif. ltpTgtf 450 MeV/c
ltkTgt 450 MeV/c
Phard 0.25
p

• modele po modyfikacjach dosc dobrze opisuja p
  
• równoczesny opis p i p nie jest mozliwy

p
14
Próba zrozumienia wyników wplyw rezonansów
Na przykladzie pionów
FRITIOF - opis danych eksperymentalnych
pp_at_158GeV
FRITIOF w wersji zmodyfikowanej (z procesami
twardymi) odtwarza rozklady xF i pT pionów
dodatnich.
15
Próba zrozumienia wyników wplyw rezonansów
Na przykladzie pionów
Rozwazane rezonanse ?(770), ?(782), ?(1232)

• rezonanse daja ok. 45 wkladu do widm p
• p z rezonansów nie tylko dla malych xF i pT

Usuniecie p z rezonansów ?efekt mewy silniejszy
16
Korelacje ltpT gt - xF
pPb_at_158GeV
Wzrost ltpTgt dla pp?pPb
dla pPb
protony i piony
- zaleznosc od ?
(przy wyzszych xF)
antyprotony
- brak zaleznosci od ?
Dla czastek o skladzie kwarkowym podobnym do
skladu kwarkowego pocisku protonowego widoczny
wplyw wzbudzenia pocisku przy przejsciu przez
materie jadrowa (np.wzrost kT partonów).
17
Korelacje ltpT gt - xF
Ewolucja pp?pPb?PbPb
? 1 6.2 4.6
Nw 2 7 352
protony
piony
pp
? zle
male xF ? Nw dobre
pPb
Nw lepsze
wieksze xF ? ? lepsze
PbPb
- zarówno Nw jak i ? wazne
- rola ? rosnie z xF
18
Wspólczynnik modyfikacji jadrowej
dla róznych systemów i energii
RAB gt 1 - wzmocnienie RAB lt 1 - tlumienie
19
RAB przy RHIC
nucl-ex/0403024
RAuAu
RdAu
RAuAu
maleje z centralnoscia rózny dla h i po
jest lt1 dla zderz. central.
Efekty stanu poczatkowego czy stanu koncowego?
RdAu
rosnie z centralnoscia rózny dla h i po
jest 1 dla zderz. central.
malenie RAuAu z powodu oddzialywan w stanie
koncowym
pT
20
Efekty stanu poczatkowego (I)
Modyfikacje rozkladów partonów dla jader wzgledem
rozkladów dla swobodnych nukleonów
Stosunek funkcji struktury
x - ulamek pedu nukleonu niesiony przez
próbkowany parton Q2 kwadrat przekazu
czteropedu
Mniejsze albo wieksze gestosci partonów dla
jader, zaleznie od x
cieniowanie


antycieniowanie

efekt EMC
wplyw ruchów Fermiego

21
Efekty stanu poczatkowego (II)
Efekt Cronina zaobserwowany dla zderzen pA
dla y 0
Phys. Rev. D19 (1979) 764
dla duzych pT a(pT)gt1
Wynik wielokrotnych rozproszen pocisku (lub jego
partonów) przy przechodzeniu przez jadro.
- widoczna zaleznosc od typu czastki
- przy RHIC, dla dAu zachowanie podobne do efektu
Cronina
22
Efekty stanu poczatkowego (III)
efekt bardziej egzotyczny
Color Glass Condensate (CGC)

• CGC
• Phys. Rev. D68 (2003) 094013
• Phys. Rev. D68 (2003) 054009
• hep-ph/0307179
• hep-ph/0402137

• Skad pomysl
• Wyniki z eksperymentów przy akceleratorze HERA
  dotyczace rozkladów gluonów
  
  - przy maleniu x gestosc gluonów gwaltownie
  rosnie
• Calkowite przekroje czynne hh - dla
  wysokich energii rosna wolno z energia

Hipoteza Dla
malych x gluony gesto upakowane, stad
oddzialywania miedzy nimi (gluon-gluon fusion)
i dlatego gestosci gluonów ograniczone (gluon
saturation).
Dla oddzialywan jadrowych efekt powinien byc
silniejszy (zaleznosc od A), bo wieksze gestosci
gluonów.
Dla RHIC vs200GeV y0 pT2GeV/c

x10-2 zbyt duze, i efekty zwiazane z CGC
nie widoczne.
Byc moze widoczne w obszarze do
przodu ...
23
Efekty stanu koncowego
Tlumienie dzetów (jet quenching)
jet quenching Phys. Lett.B243
(1990)432 Nucl.Phys.B420 (1994)583 Phys.Rev.D51(19
95)3436

• Przewidywania teoretyczne, ze
• oddzialywanie partonów o wysokiej energii z
  gesta, goraca materia wytworzona w zderzeniach
  ciezkich jonów prowadzi do strat energii partonów
  (poprzez gluon bremsstrahlung)

w eksperymencie obserwowany niedobór czastek o
duzych pT
Prawdopodobnie efekt ten powoduje, ze przy
enargiach RHIC (dla y0) dla duzych pT
RAuAult1
24
RAB przy SPS
dla y 0
Phys. Rev. C64 (2001) 034901
RAB
wzmocnienie produkcji dla duzych pT RABgt1
(- model)
Problem brak danych eksperymentalnych pp przy
energii SPS
Wyniki WA98 dla róznej centralnosci PbPb ? p0
X i nowych danych referencyjnych pp
nucl-ex/0403055
dla duzych pT
zderzenia peryferyczne Rgt1 zderzenia centralne
R1 zderzenia bardzo centralne Rlt1
modele pQCD z tylko standardowymi efektami
przewiduja Rgt1
25
RAB przy RHIC - dla energii 62.4 GeV
dla y 0
PHOBOS
dla hadronów naladowanych
nucl-ex/0405003
RAuAu

dla duzych pT
zderzenia peryferyczne Rgt1 zderzenia centralne
R1
26
R - zaleznosc od energii (SPS, RHIC)
Gestosci energii
nucl-ex/0403055
RHIC gt 5 GeV/fm3
SPS 2-3 GeV/fm3
Wieksze od ecrit na przejscie do QGP
poczatki tlumienia produkcji czastek z duzymi pT
wystepuja juz przy energii SPS !
27
R dla pA przy SPS
A Pb
oddzialywania centralne Ncoll5.8
RpPb
niestety tylko pT lt 2 GeV/c
dla midrapidity
SPS
RHIC
pT 2 GeV/c
zaleznosc od xF
ze wzrostem xF RpPb maleje dla wszystkich pT
zaleznosc od typu czastki
-
bledy syst. p , p lt5, p lt15, norm. 6
28
RdAu vs. ?
...okazuje sie, ze przy RHIC podobne zachowanie
dla
nucl-ex/0403052
BRAHMS
RdAu
dla hadronów naladowanych
zachowanie RdAu w funkcji ? zgodne z Color
Glass Condensate (CGC)
29
R dla dAu - ewolucja z ? i z centralnoscia
RHIC
BRAHMS
dla hadronów naladowanych
nucl-ex/0403052
RCP
zaleznosc od ? i centralnosci zderzenia zgodna z
przewidywaniami Color Glass Condensate (CGC)
30
Podsumowanie

• Interesujace obserwacje juz przy SPS

• dla zderzen bardzo centralnych PbPb
  RPbPblt1 (tlumienie dzetów?)
• dla zderzen centralnych pPb ze wzrostem xF
  RpPb(pT) maleje (CGC?)

ale takze ...

• ewolucja korelacji lt pTgt - xF w zaleznosci od
  Nw i ?
• -zachowanie dla duzych xF

• Lepsze zrozumienie obserwowanych zjawisk poprzez
  wykonanie analiz
• ? dla róznych energii
• ? dla róznych systemów/centralnosci
• ? dla róznych czastek w stanie koncowym
  
• ? w szerokim obszarze przestrzeni fazowej

31
Zapas
32
Detektor CD
szare protony wybite z jadra ped 0.15 lt plab
lt 1.0 GeV/c
Detektor w ksztalcie cylindra wysokosc
20cm srednica 16cm
Centralnosc zderzenia
Symulacja (model Glaubera odpowiedz detektora)
pozwala powiazac liczbe szarych protonów z
parametrem zderzenia b, liczba oddzialywan
pocisku ? lub liczba zranionych nukleonów Nw
33
Akceptacja geometryczna NA49
pelen kat F
F lt 90O
F lt 50O
dla protonów, vs17.3GeV
34
Róznica pomiedzy y i xF
dla protonów, vs17.3GeV
35
Korelacje ltpTgt - y
36
RAB przy SPS - dla lekkich systemów
dla y 0
RAB
wzmocnienie produkcji dla duzych pT RABgt1
Ale...
dane nie najlepszej jakosci nie badana
zaleznosc od typu czastki
Phys. Rev. C64 (2001) 034901
37
RAuAu vs. ?
RHIC
BRAHMS
nucl-ex/0307003
zachowanie podobne dla ?0 i ?2.2
dla hadronów naladowanych
38
Korelacje ltpT gt - xF
Korelacje ltpT gt - xF
AA_at_158GeV
wazny sklad nukleonowy jader(?)
daneodniesienia nie same pp
p bardziej skomplikowana zaleznosc od ?
wzrost ltpTgt dla wszystkich xF