Oddziaływania relatywistycznych jąder atomowych Od promieni kosmicznych do LHC

Trochę historii Przekroje czynne Krotności Hiperjadra Akceleratory Cząstki dziwne Korelacje HBT Efekty kolektywne Plazma kwarkowo gluonowa RHIC & LHC

Krótka historia Do lat 70-tych – głównie promieniowanie kosmiczne i emulsje jądrowe Koniec lat 70-tych – LBL i Dubna (~2 i ~4 GeV/A) detektory – komora pęcherzykowa, komora streamerowa, emulsja, scyntylatory, komory drutowe 1985 – CERN, jądra 16O i S, 60 i 200 GeV/A Druga połowa lat 80-tych – BNL (AGS), ~12 GeV/A 1994 CERN, 208Pb, 160 GeV/A RHIC, 1997 (BNL) 197Au, 100 GeV/A LHC, 2007 (CERN) 2.75 TeV/A

Akceleratory Bevalac (LBL) BNL (Brookhaven) CERN GSI Dubna AGS RHIC SPS LHC

Początki – ponad 50 lat temu – promieniowanie kosmiczne Skład chemiczny pierwotnego promieniowania kosmicznego

pierwotnego promieniowania kosmicznego knee ankle Widmo energetyczne pierwotnego promieniowania kosmicznego LHC

Naświetlanie emulsji jądrowej Eksperyment JACEE

p+A 75% p+ Ag,Br 21% p+ C,N,O 4% p+H Cząstka pierwotna Fragmenty jądra tarczy p+A 75% p+ Ag,Br 21% p+ C,N,O 4% p+H Cząstki wyprodukowane

I/I0 ~ Z2 Ślady ciężkich jonów zarejestrowane w emulsji jądrowej

C+Ta, C3H8, 4.2 GeV/A Dubna, kom. pęcherzykowa S+S, 200 GeV/A CERN, kom. streamerowa

Przekroje czynne jądrowe Przekrój geometryczny: Wzór fenomenologiczny (Bradt & Peters, 1950): b maleje ze wzrostem mas jąder geom Wzór ulepszony (Vary): Bevalac Dubna

Dane z Dubnej i LBL, kilka GeV/nukleon

Dane z SPS, 0.96 i 3.2 TeV 16O Parametry r0 i b0 wzięte z niskich energii

Anomalony Pierwsze doniesienia o nietypowym zachowaniu się przekroju czynnego – dane z emulsji jądrowych (Judek, Friedlender 1979) Czy jądro po „urodzeniu” jest spuchnięte??? Średnia droga swobodna krótsza blisko punktu emisji wtórnego jądra X

Ewidencja „za” (Dubna) Wodorowa komora pęcherzykowa, Z=2, E=13.5 i E=8.6 GeV/c Średnia droga swobodna w zależności od odległości od miejsca emisji jądra

Ewidencja „przeciw” (Dubna) Emulsja jądrowa, 2<Z<11, 4.2 GeV/c/A Średnia droga swobodna w zależności od odległości od miejsca emisji jądra

Procesy fragmentacji jader

Fragmentacja jadrowa Proces peryferyczy – mały parametr zderzenia Najprostszy model (H. Feshbach 1973, A.S. Goldhaber 1974): rozpad wzbudzonego jądra. Rozkład pędów fragmentów w układzie własnym jądra Gauss, 2 GeV/n (LBL)  = 137±2 MeV/c 200 GeV/n (CER)  = 144±6 MeV/c Powyżej ok. 1 GeV/n proces fragmentacji jądrowej nie zależy od energii!

Dysocjacja elektromagnetyczna Proces poza zasięgiem sił jądrowych: b > R1 + R2 Przekrój czynny rośnie z energią! Dla energii SPS: Dla zderzeń cięzkich układów (S+Pb, Pb+Pb) Przy energiach RHIC i LHC dysocjacja elektromagnetyczna jest procesem o największym przekroju czynnym!

Opis teoretyczny Weizsäcker – Williams (1934) Oddziaływanie cząstka – układ S ↨ oddziaływanie promieniowana elm. (wirtualne fotony) – układ S S S E r E1 b Q E2 Q v v

W-W  zastąpić E1,2 odpowiednimi impulsami promieniowania i rozważać oddziaływanie układu S z tym promieniowaniem Widmo częstości: Całkujemy po parametrze zderzenia:

Widmo wirtualnych fotonów dla tarczy uranowej; a,b,c,d – różne Energia w MeV Widmo wirtualnych fotonów dla tarczy uranowej; a,b,c,d – różne warianty teorii (ładunki punktowe, rozciągłe, multipolowości)

virtualnych fotonów sięga 4 GeV 1.7 Gev/n 1.26 GeV/n Energie SPS – widmo virtualnych fotonów sięga 4 GeV

LBL – Bevalac

Izotop tot(b) nuc(b) ED(b) 196Au 26.7±4.0 0.3±0.1 26.4±4.0 195Au Odszczepienie 1 neutronu Odszczepienie 2 neutronów Linia ciągła – Au, przerywana - Pb Izotop tot(b) nuc(b) ED(b) 196Au 26.7±4.0 0.3±0.1 26.4±4.0 195Au 4.7±0.7 0.13±0.04 4.6±0.7

Dlaczego jest to interesujące? Problem techniczny – przyspieszane jądra mają duże ładunki - dysocjacja „niszczy” wiazkę RHIC i LHC – pole dla fizyki foton-foton LHC – σED sięga kilkuset barnów

Mechanizm wielorodnej produkcji cząstek Czy produkcja kaskadowa? Nie! Znacznie niższe krotności Próby rozwiązania problemu – strefa formacji (Białas), modele kolektywne (Daar)

Model zranionych nukleonów (Białas, Błeszynski, Czyż) <NAB> ~ 1/2 <Npart> <NAB> = 1/2 Npp <Npart> Niekoherentna superpozycja oddziaływań nukleon-nukleon <Npart> Npp

Rozkłady kątowe – graniczna fragmentacja p-Emulsja 200 GeV/n dNch/dη η Dla dużych pędów η ≈ y