Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Półrocze programu ciężkojonowego przy akceleratorze LHC - pierwsze wyniki Bożena Boimska (IPJ) Seminarium Fizyki Wielkich Energii, UW 20.05. 2011.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Półrocze programu ciężkojonowego przy akceleratorze LHC - pierwsze wyniki Bożena Boimska (IPJ) Seminarium Fizyki Wielkich Energii, UW 20.05. 2011."— Zapis prezentacji:

1 Półrocze programu ciężkojonowego przy akceleratorze LHC - pierwsze wyniki Bożena Boimska (IPJ) Seminarium Fizyki Wielkich Energii, UW

2 2 Plan: Motywacja badań HI przy LHC Zderzenia w 2010r. Pierwsze wyniki Charakterystyki globalne i korelacje Krotność cząstek Pływ eliptyczny Korelacje dwu-cząstkowe Femtoskopia (A. Kisiel, ) Twarde sygnały Tłumienie dżetów Produkcja J/Ψ Produkcja Z 0 Podsumowanie i plany

3 3 ALICE - dedykowany badaniom HI ATLAS i CMS – dedykowane badaniom zderzeń p+p, maja program HI

4 4 Po co badamy zderzenia ? Aby wytworzyć stan materii zw. Plazmą Kwarkowo-Gluonową (stan ze swobodnymi kwarkami i gluonami ) Badanie QGP : lepsze zrozumienie oddziaływań silnych i zjawiska uwięzienia partonów wewnątrz hadronów zbadanie warunków jakie istniały tuż po Wielkim Wybuchu Obliczenia teoretyczne przewidują przejście do QGP gdy: gęstość energii> c ~1GeV/fm 3 lub temperatura> T c ~175MeV materia hadronowa swobodne kwarki i gluony TcTc

5 5 Zderzenia Pb Pb w LHC Parametry zderzenia Nominal- ne w 2010r. Energia s NN [TeV] Świetlność L [cm -2 s -1 ]~10 27 do 2.5*10 25 Liczba paczek Czas pomiędzy przecięciami paczek [ns] 99.8 Liczba jonów Pb / paczkę7*10 7 do 1.15*10 8 Od – (stabilna wiązka przez 223h) Wzrost energii ~14 x RHIC (Au 197 -Au Najgorętsza i najgęstsza materia jądrowa wytworzona kiedykolwiek w laboratorium ±10% Scałkowana świetlność L [ b -1 ] LHC CMS

6 6 Jedno z pierwszych zderzeń w

7 7 Słowo o centralności zderzenia … obserwatorzy Mniejszy parametr zderzenia bWiększy obszar przekrywania się jąder Więcej nukleonów uczestników N part i większa liczba zderzeń N coll obszar uczestników obserwatorzy b (0-5)% (60-100)% b, N part, N coll nie są mierzone bezpośrednio. Wyznaczane są na podstawie innych wielkości mierzonych w eksperymencie (np. krotność cząstek, E T ) + model

8 8 Charakterystyki globalne i korelacje

9 9 Krotność cząstek naładowanych zderzenia centralne (0-5) % pomiar dla η=0 dN ch /d =1584 ± 4(stat.) ± 76(sys.) ALICE: PRL 105, (2010), arXiv: wyznaczenie gęstości energii: Przewidywania teoretyczne: większość przewidywań poniżej krotności zmierzonej saturation /shadowing pQCD+soft MC

10 10 ALICE: PRL 105, (2010), arXiv: dN/d zależność od energii znormalizowane przez /2 wzrost z energią szybszy w AA niż w pp (dN ch /d )/(0.5 )= (syst.) PbPb ( s NN =2.76TeV): ~2 x krotność dla pp ~2 x krotność przy RHIC (AuAu, s NN =0.2TeV)

11 11 dN/d zależność od centralności ALICE: PRL 106, (2011), arXiv: CMS: HIN zgodność pomiędzy eksperymentami znormalizowane przez /2 LHCRHIC wzrost z centralnością zależność podobna jak przy RHIC krotność w centralnych ~2 x peryferyczne

12 12 dN/d centralność vs. modele teoretyczne ALICE: PRL 106, (2011), arXiv: pQCD+soft saturation Bardzo ważne wyniki dla testowania modeli teoretycznych miękkie procesy: krotność ~N part płaska zależność twarde procesy: krotność ~N coll (coraz ważniejże przy wzroście s i centralności ) Również testy modeli saturacyjnych

13 13 Efekty kolektywne: pływ eliptyczny W wyniku zderzenia: duża gęstość energii szybka termalizacja duży gradient ciśnienia system szybko ekspanduje Stosowany opis hydrodynamiczny: cząstki płyną ze wspólną prędkością Badanie efektów kolektywnych: widma cząstek, pływ eliptyczny … Asymetrie w kącie azymutalnym: Asymetria w przestrzeni położeń W przestrzeni pędów – też asymetria pypy pxpx gradient ciśnienia Reaction Plane Płaszczyzna reakcji wyznaczona przez wektor parametru zderzenia b i kierunek zderzenia (z)

14 14 Wyznaczanie płaszczyzny reakcji W płaszczyźnie poprzecznej do kierunku wiązki: g Φ - kąt azymutalny danej cząstki Ψ R - kąt azymutalny płaszczyzny reakcji Prawdziwa płaszczyzna reakcji nieznana Używa się estymaty: płaszczyzna wyznaczona przez kierunek wiązki i kierunek maksymalnej gęstości cząstek (lub max. p T ) w płaszczyźnie poprzecznej płaszczyzna reakcji Φ - Ψ R Ppppppppp ppppppppp Badanie anizotropii azymutalnych w produkcji cząstek Produkcja cząstek w zależności od kąta azymutalnego wyrażona przez rozwinięcie w szereg Fouriera: Nas interesuje przypadek n=2: v 2 – pływ eliptyczny

15 15 Pływ eliptyczny – v 2 Drugi współczynnik w rozwinięciu Fouriera: - uśrednianie po cząstkach w przypadku i po przypadkach Gdy: v 2 > 0 – większość cząstek produkowana w kierunku płaszczyzny reakcji (in-plane) v 2 < 0 – większość cząstek produkowana prostopadle do płaszczyzny reakcji (out-of-plane)

16 16 Co wiadomo o v 2 : niższe energie Borghini & Wiedemann: J.Phys.G35, (2008) Czego spodziewano się dla LHC: v 2 rośnie dla 2< s NN < 200GeV wzrost v 2 wolniejszy dla s NN 10GeV Materia wytworzona przy RHIC zachowuje się jak ciecz idealna (wyniki eksp.+modele) Prosta ekstrapolacja trendu z SPS i RHIC daje v 2 LHC Inne przewidywania: N. Armesto, et al., J.Phys.G35, (2008) E. Zabrodin, et al., J.Phys.G37, (2010) możliwy zarówno spadek jak i wzrost wartości v 2

17 17 Pływ eliptyczny: zależność od p T ALICE: arXiv: |η|<0.8 v 2 rośnie przy przejściu od zderzeń centralnych do peryferycznych (efekt większej anizotropii przestrzennej w stanie początkowym w zderzeniach peryferycznych ) wzrost v 2 do p T ~3GeV/c, potem spadek LHC vs. RHIC: podobna zależność v 2 (p T )

18 18 Pływ eliptyczny: zależność od p T i CMS: HIN v 2 ( ) dodatkowe ograniczenie na modele teoretyczne zależność od : ewolucja systemu w kierunku podłużnym 12 klas centralności | |< 2.4

19 19 Zależność od centralności daje kolejne ograniczenie na modele teoretyczne Pływ eliptyczny: zależność od centralności ALICE: arXiv: CMS: HIN v 2 scałkowane po p T : gdy zderzenia mniej centralne (początkowo) wzrost v 2 maksimum dla centralności 40-50%

20 20 Pływ eliptyczny: zależność od energii scałkowane v 2 : ALICE: arXiv: CMS: HIN centralność: 20-30% =0 Przy LHC wzrost ~15-30% (zal. od centr.) względem RHIC efekt większego przy wzroście energii Kolejny krok: dopasowanie modeli teoretycznych do danych informacja o własnościach wytworzonego ośrodka Jedno z pierwszych dopasowań: H.Song, S.Bass, U.Heinz, arXiv: ośrodek wytworzony przy LHC ma (być może) właściwości cieczy mniej idealnej niż przy RHIC

21 21 Korelacje dwu-cząstkowe w i : metoda Event 1 Background distribution:Signal distribution: Event 2 same event pairsmixed event pairs Associated hadron yield per trigger: = assoc – trig

22 22 Korelacje dwu-cząstkowe: RHIC dAu STAR AuAu: Struktura w kształcie grzbietu (ridge) dla ~0 i rozciągająca się do dużych – near side long range correlations s NN =200GeV znaczny zakres pospieszności korelacje pojawiły się w oddziaływaniu prawie natychmiast dAu: Brak efektu ridge near-side jet peak 0-10% AuAu ridge Tłumaczenie ridge: oddziaływania dżet-ośrodek, pływ kolektywny … (do końca nie wiadomo jak wytłumaczyć)

23 23 PbPb 0-5% central CMS: arXiv: Korelacje dwu-cząstkowe: Symulacja pp Ridge rozciąga się aż do | | < 4 4 < p T trig < 6 GeV/c 2 < p T assoc < 4 GeV/c Symulacja oddziaływań pp: brak ridge

24 24 Ridge: ewolucja z p T Ridge: ewolucja z p T tu efekt ridge najsilniejszy pTpT ridge region: 2<| |<4 CMS: arXiv: dla dużych p T ridge zanika

25 25 Próba zrozumienia ridge V3V3 V1V1 V2V2 V4V4 V5V5 2<| |<4 Rozwinięcie w szereg Fouriera: Uwzględnienie wyższych składowych pływ hydrodynamiczny wydaje się wystarczać by wytłumaczyć ridge (inne efekty nie potrzebne) Analiza korelacji w CMS: arXiv: Nowe prace teoretyczne: wyjaśnienie ridge poprzez pływ kolektywny po uwzględnieniu harmonicznych wyższego rzędu

26 26 Niespodzianka w zderzeniach Czyżby w pp też powstawała gęsta gorąca materia – tyle że w małej objętości? Dla zderzeń TeV (dla przypadków z dużą krotnością) również zaobserwowano efekt ridge:

27 27 Twarde sygnały obszar perturbacyjnej QCD produkcja skaluje się liczbą oddziaływań nukleon-nukleon, N coll sygnały z początkowej fazy zderzenia, (t ~1/p T ~0.1 fm/c)

28 28 Cząstki z dużym p T Dżety, J/Ψ, Z TeV jet>100GeV (LHC) > 10 5 jet>100GeV (RHIC) J/Ψ (LHC) 10 J/Ψ (RHIC) Z (LHC) > 10 3 Z (RHIC)

29 29 Czynnik modyfikacji jądrowej - R AA R AA = (produkcja w A+A) N COLL (AA) (produkcja w p+p) | twarde oddziaływania wzmocnienie produkcji skalowanie z N coll brak efektów jądrowych Wpływ efektów jądrowych: R AA = 1 R AA > 1 R AA < 1 tłumienie produkcji

30 30 tłumienie produkcji cząstek o dużych p T efekt silniejszy dla bardziej centralnych zderzeń T Pomiary R AA przed LHC: RHIC Au 197 -Au s NN =200GeV STAR h±h± Efekt nie występuje dla zimnej materii jądrowej: R>1 dla d+Au tłumienie dużych p T to wpływ gorącej i gęstej materii jądrowej (jet quenching) Zjawisko przewidział J.D.Bjorken (1982): straty radiacyjne gluonów przy przejściu przez ośrodek; w stanie końcowym mniej cząstek o dużych p T

31 31 Pomiary R AA przed LHC: RHIC i SPS s NN =200GeV i s NN =17GeV SPS: brak tłumienia RHIC: i h ± tłumione inaczej dla p T <8GeV/c dla p T >8GeV/c R AA ~0.2 Z modeli: charakterystyki ośrodka, np. dN g /dy – gęstość gluonów

32 32 R AA przy LHC: pierwsze wyniki ALICE: Phys.Lett.B 696, 30 (2011), arXiv: duże p T : poziom tłumienia podobny do RHIC pomiar ALICE tylko do p T ~20 GeV/c

33 33 R AA przy LHC: przewidywania modeli Znaczne różnice w przewidywaniach modeli dla dużych p T

34 34 R AA przy LHC: duże p T Ewolucja z centralnością zderzenia: CMS: HIN Pomiar CMS aż do p T ~100 GeV/c R AA maleje z centralnością

35 35 R AA przy LHC: eksperyment vs. teoria CMS: HIN Pomiar R AA dla dużych p T pozwoli wykluczyć niektóre z modeli teoretycznych

36 36 Przypadki dwu-dżetowe Jedne z pierwszych przypadków (w CMS): Przypadek dla dżetów niezbalansowanych pędowo. Czy to przejaw jet quenching?

37 37 Korelacja w kącie azymutalnym Central Peripheral PbPb PbPb Brak silnego kątowego odchylenia zrekonstruowanych dżetów Do dalszej analizy wzięte tylko dżety back-to-back, > 2/3 (rad) | |<2 leadingsubleading CMS: arXiv:

38 38 Asymetria pędowa dżetów Niezbalansowanie pędów dżetów rośnie z centralnością zderzenia PbPb Central Peripheral PbPb PbPb 0.15 CMS: arXiv:

39 39 R B (A J ) -ułamek przypadków ze zbalansowanymi dżetami, A J <0.15 Pomiar wykonał również ATLAS (dla mniejszej statystyki), PRL 105, (2010) CMS: analiza rozdystrybuowania p T brakującego do zbalansowania dżetów Dżety zbalansowane pędowo: zależność od centralności (N part ) CMS: arXiv: Ze wzrostem centralności coraz mniej dżetów zbalansowanych pędowo cząstki z małym p T na zewnątrz stożka dżetu Weryfikacja modeli i lepsze zrozumienie mechanizmów tłumienia dżetów (gluon radiation, collisional energy loss …) klkl k

40 40 J/Ψ w zderzeniach HI Przewidywanie T.Matsui & H.Satz (Phys.Lett. B178 (1986) 416) : Gdy QGP wytworzona ekranowanie koloru (colour Debeye screening) siła wiązania kwarków c i c tworzących J/Ψ maleje topnienie J/Ψ Obliczenia QCD na siatkach (A.Moscy, P.Petreczki, Phys.Rev.Lett.99 (2007) ): temperatura dysocjacji J/Ψ T dis = 1.2. T c Obserwacja tłumienia J/Ψ informacja o temperaturze wytworzonego ośrodka Tłumienie badane poprzez pomiar R AA -

41 41 RHIC SPS Pomiary J/Ψ przed LHC: SPS i RHIC Zaobserwowano tłumienie produkcji J/Ψ w funkcji centralności: takie samo przy SPS i RHIC (mimo dużej różnicy energii) w obszarze do przodu (y~1.7) tłumienie większe niż dla y=0 Być może mamy konkurencyjne mechanizmy: tłumienie, rekombinacja… Kłopot z opisem wyników...

42 42 Może przy LHC nie tłumienie, a wzmocnienie? Low energy High energy Start of collision Development of QGP Hadronization LHC RHIC N part Charmonium supression R AA

43 43 Pomiar J/Ψ + - przy LHC ATLAS: Phys.Lett.B 697, 294 (2011) L=6.7 b -1 Brak danych odniesienia pp, to: Zależność od centralności jakościowo podobna do tej przy niższych energiach Przy LHC produkcja J/Ψ jest tłumiona

44 44 Z w zderzeniach Leptony z rozpadów Z 0 nie oddziałują z wytworzonym ośrodkiem: Z 0 - sygnał odniesienie dla procesów modyfikowanych przez ośrodek (np. kwarkonia) produkcja Z 0 czuła na efekty stanu początkowego (np. modyfika- cje PDF w oddziaływaniach jądrowych)

45 45 Z w zderzeniach Z 0 obserwowane po raz pierwszy w zderzeniach HI L=6.7 b -1 N=38 N=39 CMS: arXiv: ATLAS: Phys.Lett.B 697, 294 (2011) Normalizacja: - do zderzeń peryferycznych - uwzględnia skalowanie z N coll Brak zależności od centralności : produkcja Z 0 zgodna z przewidywaniami, skaluje się z N coll (duże błedy statystyczne)

46 46 ALICE Krotność cząstek: Phys.Rev.Lett.105:252301,2010, arXiv: Phys.Rev.Lett.106:032301,2011, arXiv: Femtoskopia: Phys.Lett.B 696:328,2011, arXiv: Pływ eliptyczny: arXiv: Tłumienie dużych p T : Phys.Lett.B 696:30,2011, arXiv: ATLAS Produkcja J/Ψ i Z 0 : Phys.Lett.B 697:294,2011, arXiv: Asymetria pędowa dżetów: Phys.Rev.Lett.105:252303,2010, arXiv: CMS Produkcja Z 0 : arXiv: Asymetria pędowa dżetów: arXiv: Korelacje dwu-hadronowe: arXiv: Publikacje LHC dla s NN =2.76TeV

47 47 Podsumowanie Pierwsze wyniki dla zderzeń TeV/N przy LHC Wyniki wskazują, że wytworzona materia: - jest bardzo gęsta (krotności), - o wysokiej temperaturze (tłumienie J/Ψ), - zachowuje się kolektywnie (pływ eliptyczny i ridge), - wpływa na charakterystyki cząstek w stanie końcowym (R AA, asymetria pędowa dżetów) Dodatkowo, materia ta powstaje w większej objętości i żyje dłużej od tej wytworzonej w eksperymentach przy niższych energiach (z femtoskopii cząstek)

48 48 Zaplanowano ~200 prezentacji (experiment, theory, experiments upgrades, future facilities, instrumentation…) Wystąpienie ALICEATLASCMS plenarne 736 równoległe Wiele nowych wyników W dniach maja w Annecy (Francja) odbędzie się największa/najważniejsza konferencja poświęcona fizyce zderzeń ciężkich jonów: Więcej informacji …

49 49 Co dalej … Eksperymenty kontynuują analizowanie zebranych danych: - PbPb (2010) - dane odniesienia pp (~0.3 pb -1 ) (2011) Plany zderzeń ciężkojonowych w LHC na najbliższe lata 2011 (listopad-grudzień): dla wyższej świetlności (~30% nominalnej) 2012: prawdopodobnie zderzenia pPb - efekty zimnej materii jądrowej Więcej informacji: S. Maury, Middle-Long Term Needs for Ion Beams; Injectors and Experimental Facilities Committee 2011 Workshop, March 2011, CERN

50 50 Dziękuję za uwagę!

51 51 Parametry opisujące wytworzony ośrodek: (z modelu, po dopasowaniu do danych)

52 52

53 53 Femtoskopia albo korelacje HBT Kwantowa interferencja cząstek Korelacja w pędzie pary cząstek tłumaczona na przestrzenno-czasowy rozmiar obszaru emisji Dwu-cząstkowa funkcja korelacji: q -względny pęd pary, K -średni pęd pary Kierunki: Long (l) – oś wiązki Out (o) –równoległy do pędu poprzecznego pary K T Side (s) – prostopadły do powyższych Wyznacza się promienie: R Long, R Out, R Side

54 54 centralne Pb-Pb Wszystkie R większe niż przy RHIC Promienie rosną ~liniowo z (dN ch /d ) 1/3 Zależność od k T Wzrost promieni względem RHIC R maleją z k T (mamy ekspansję kolektywną) Pion HBT radii at k T =0.3 GeV/c ALICE: Phys.Lett.B 696:328,2011

55 55 Ewolucja przestrzenno-czasowa z korelacji HBT: LHC: większa objętość wytworzonego ośrodka ~2xRHIC V ~dN ch /d V( central PbPb ) at LHC ~300fm 3 ośrodek żyje dłużej: ~1.4xRHIC f ~(dN ch /d ) 1/3 f ( central PbPb ) ~10-11 fm/c R out R side R long volume VDecoupling time f ~R long ALICE: Phys.Lett.B 696:328,2011

56 56 Korelacje dwu-cząstkowe: minimum bias

57 57 High multiplicity pp (N 110) ridge w szerokim zakresie przy ~ 0 (efekt nie obserwowany wcześniej w zderzeniach hadronów ani w modelach MC) p T : 1-3 GeV/c Minimum Bias pp ( ~ 15) JHEP 09 (2010) K events Korelacje dwu-cząstkowe: duże N

58 x Q 2 (GeV 2 ) RHIC Obszar kinematyczny: SPS, RHIC i LHC

59 59 dla wysokich energii całkowite przekroje czynne rosną wolno z energią przy maleniu x gęstość gluonów gwałtownie rośnie Dla małych x gluony gęsto upakowane, stąd oddziaływania między nimi (gluon-gluon fusion) i dlatego gęstości gluonów ograniczone (gluon saturation). Dla oddziaływań jądrowych efekt silniejszy (zależność od A), bo większe gęstości gluonów. Saturacja gluonów


Pobierz ppt "Półrocze programu ciężkojonowego przy akceleratorze LHC - pierwsze wyniki Bożena Boimska (IPJ) Seminarium Fizyki Wielkich Energii, UW 20.05. 2011."

Podobne prezentacje


Reklamy Google