1 Charakterystyki poprzeczne hadronów w oddziaływaniach elementarnych i jądrowych wysokiej energii Charakterystyki poprzeczne hadronów w oddziaływaniach elementarnych i jądrowych wysokiej energii Bożena Boimska IPJ

2 Wprowadzenie Eksperyment NA49 Analiza Wyniki próba ich zrozumienia – porównanie z modelami wyniki z innych eksperymentów Podsumowanie Plan seminarium

3 charakterystyki związane z pędem poprzecznym cząstek: Charakterystyki poprzeczne... rozkłady p T korelacje p T - p L współczynnik modyfikacji jądrowej R AB (p T ) Niosą informację o dynamice reakcji Wyniki dla rożnych: typów zderzeń (h+h, h+A, A+A) typów cząstek w stanie końcowym energii zderzenia Wyniki mojej analizy (dane NA49) oraz z innych eksperymentów (przy SPS i RHIC)

4 Eksperyment NA49 przy akceleratorze SPS w CERN na stałej tarczy badane różne systemy: h+p, h+A, A+A szerokie pokrycie przestrzeni fazowej (przednia półkula) identyfikacja cząstek Podstawowe detektory komory projekcji czasowej (VTPC, MTPC) - rekonstrukcja torów cząstek - identyfikacja cząstek (dE/dx) Centralność zderzenia (b, N w, ע ) h+A: CD – detekcja szarych protonów A+A: VCAL – detekcja obserwatorów pocisku

5 typowo: σ dE/dx ~ 4% N – liczba punktów na śladzie global tracking, wtedy N duże N max =234 Identyfikacja cząstek przy użyciu informacji o stratach energii cząstek na jonizację

6 Badane zderzenia 2.5M 260k 80k różne centr. 850k dodatkowo: różne centr. Badane cząstki Wyniki nie poprawione na rozpady: Λ, Σ, K 0 S, ale oszacowany ich wpływ Charakterystyki p T badane dla różnych obszarów x F CM – układ środka masy N-N

7 FRITIOF wersja 7.02 i VENUS wersja 4.12 wymiana koloru wzbudzenie podłużne oddziaływania wygenerowane próbki po 500k Modele fenomenologiczne

8 Widma p T Rozkłady gęstości średni p T pp pPb

9 Korelacje - x F Błędy syst. w MeV/c: x F p p π Różnica pomiędzy p i p oraz + i - (widoczna szczególnie przy większych x F ) może być przypisana wpływowi składu kwarkowego cząstek w stanie końcowym i początkowym

10 Korelacje - x F Zależność od krotności n ch dla 0.1 dla przypadków z większą krotnością przejaw występowania twardych procesów?

11 Próba zrozumienia wyników Na przykładzie pionów W ramach modeli partonowych: p T frag kTkT p T pQCD Tylko wzrost P hard prowadzi do wzrostu krotności. Dla P hard : największy wzrost w obszarze 0.1<x F <0.5

12 Zależność od energii Korelacje - x F oddziaływania p+p [Morr72] D.Morrison Review of Many-Body Interactions at High Energy, Proc. 4th Int. Conf. on High-Energy Collisions, Oxford (1972) dla obszaru 0.1< x F <0.5 piony - wyraźna zależność protony - brak zależności (wzrost ) Również dla oddziaływań e + e - i l+h dla hadronów naładowanych wzrost z energią w badanym obszarze x F (Z.Phys.C22(1984)307, Z.Phys.C27(1985)239, Nucl.Phys.B188(1981)1) opis przez modele teoretyczne po uwzględnieniu wkładu od procesów twardych np. dla e + e - wkład od tych procesów znaczący już dla s~10GeV

13 FRITIOF modif.: włączone procesy twarde (PYTHIA) VENUS modif.: f = 450 MeV/c = 450 MeV/c P hard = 0.25 p π+π+ modele po modyfikacjach dość dobrze opisują π + równoczesny opis p i π + nie jest możliwy VENUS, FRITIOF vs. dane

14 FRITIOF w wersji zmodyfikowanej (z procesami twardymi) odtwarza rozkłady x F i p T pionów dodatnich. Próba zrozumienia wyników – wpływ rezonansów Na przykładzie pionów FRITIOF - opis danych eksperymentalnych

15 Na przykładzie pionów Rozważane rezonanse: ρ(770), ω(782), Δ(1232) rezonanse dają ok. 45% wkładu do widm π + π + z rezonansów nie tylko dla małych x F i p T Usunięcie π + z rezonansów efekt mewy silniejszy Próba zrozumienia wyników – wpływ rezonansów

16 Korelacje - x F Wzrost dla pp pPb dla pPb protony i piony - zależność od ע (przy wyższych x F ) antyprotony - brak zależności od ע Dla cząstek o składzie kwarkowym podobnym do składu kwarkowego pocisku protonowego widoczny wpływ wzbudzenia pocisku przy przejściu przez materię jądrową (np.wzrost k T partonów).

17 Korelacje - x F Ewolucja p+p p+Pb Pb+Pb Ewolucja p+p p+Pb Pb+Pb pp pPb PbPb ע N w protonypiony ע złe N w lepsze małe x F N w dobre większe x F ע lepsze - zarówno N w jak i ע ważne - rola ע rośnie z x F

18 Współczynnik modyfikacji jądrowej R AB > 1 - wzmocnienie R AB < 1 - tłumienie dla różnych systemów i energii

19 R AB przy RHIC R AuAu R dAu pTpT nucl-ex/ R AuAu R dAu maleje z centralnością π różny dla h ± i π o jest <1 dla zderz. central. rośnie z centralnością π różny dla h ± i π o jest 1 dla zderz. central. Efekty stanu początkowego czy stanu końcowego? malenie R AuAu z powodu oddziaływań w stanie końcowym

20 Efekty stanu początkowego (I) cieniowanie Modyfikacje rozkładów partonów dla jąder względem rozkładów dla swobodnych nukleonów: Stosunek funkcji struktury: x - ułamek pędu nukleonu niesiony przez próbkowany parton Q 2 – kwadrat przekazu czteropędu Mniejsze albo większe gęstości partonów dla jąder, zależnie od x: antycieniowanie efekt EMC wpływ ruchów Fermiego

21 Efekty stanu początkowego (II) dla y 0 Phys. Rev. D19 (1979) widoczna zależność od typu cząstki dla dużych p T α(p T )>1 Efekt Cronina – zaobserwowany dla zderzeń p+A Wynik wielokrotnych rozproszeń pocisku (lub jego partonów) przy przechodzeniu przez jądro. - przy RHIC, dla dAu zachowanie podobne do efektu Cronina

22 Efekty stanu początkowego (III) CGC Phys. Rev. D68 (2003) Phys. Rev. D68 (2003) hep-ph/ hep-ph/ Color Glass Condensate (CGC) efekt bardziej egzotyczny: Skąd pomysł: Wyniki z eksperymentów przy akceleratorze HERA dotyczące rozkładów gluonów: - przy maleniu x gęstość gluonów gwałtownie rośnie Całkowite przekroje czynne h+h: - dla wysokich energii rosną wolno z energią Hipoteza: Dla małych x gluony gęsto upakowane, stąd oddziaływania między nimi (gluon-gluon fusion) i dlatego gęstości gluonów ograniczone (gluon saturation). Dla oddziaływań jądrowych efekt powinien być silniejszy (zależność od A), bo większe gęstości gluonów. Dla RHIC s=200GeV y=0 p T =2GeV/c: x~10 -2 zbyt duże, i efekty związane z CGC nie widoczne. Być może widoczne w obszarze do przodu...

23 Efekty stanu końcowego Tłumienie dżetów (jet quenching) jet quenching Phys. Lett.B243 (1990)432 Nucl.Phys.B420 (1994)583 Phys.Rev.D51(1995)3436 Przewidywania teoretyczne, że: oddziaływanie partonów o wysokiej energii z gęstą, gorącą materią wytworzoną w zderzeniach ciężkich jonów prowadzi do strat energii partonów (poprzez gluon bremsstrahlung) w eksperymencie obserwowany niedobór cząstek o dużych p T Prawdopodobnie efekt ten powoduje, że przy enargiach RHIC (dla y=0) dla dużych p T R AuAu <1

24 R AB przy SPS dla y 0 R AB Problem: brak danych eksperymentalnych p+p przy energii SPS + X i nowych danych referencyjnych p+p : Wyniki WA98 dla różnej centralności Pb+Pb π 0 + X i nowych danych referencyjnych p+p : dla dużych p T zderzenia peryferyczne R>1 zderzenia centralne R=1 zderzenia bardzo centralne R<1 modele pQCD z tylko standardowymi efektami przewidują R>1 nucl-ex/ Phys. Rev. C64 (2001) wzmocnienie produkcji dla dużych p T R AB >1 (- model)

25 R AB przy RHIC - dla energii 62.4 GeV R AuAu dla dużych p T : zderzenia peryferyczne R>1 zderzenia centralne R=1 dla y 0 PHOBOS nucl-ex/ o dla hadronów naładowanych

26 Gęstości energii: RHIC > 5 GeV/fm 3 SPS 2-3 GeV/fm 3 Większe od ε crit na przejście do QGP nucl-ex/ R - zależność od energii (SPS, RHIC) początki tłumienia produkcji cząstek z dużymi p T występują już przy energii SPS !

27 R dla p+A przy SPS A= Pb dla midrapidity oddziaływania centralne N coll =5.8 niestety tylko p T < 2 GeV/c SPSRHIC p T ~ 2 GeV/c zależność od x F zależność od typu cząstki ze wzrostem x F R pPb maleje dla wszystkich p T błędy syst. π, p : <5%, p : <15%, norm. ~6% - R pPb

28 R dAu vs. η BRAHMS dla hadronów naładowanych nucl-ex/ okazuje się, że przy RHIC podobne zachowanie dla R dAu zachowanie R dAu w funkcji η zgodne z Color Glass Condensate (CGC)

29 R dla d+Au - ewolucja z η i z centralnością zależność od η i centralności zderzenia zgodna z przewidywaniami Color Glass Condensate (CGC) nucl-ex/ BRAHMS dla hadronów naładowanych RHIC R CP

30 Interesujące obserwacje już przy SPS: dla zderzeń bardzo centralnych Pb+Pb: R PbPb <1 (tłumienie dżetów?) dla zderzeń centralnych p+Pb: ze wzrostem x F R pPb (p T ) maleje (CGC?) ale także... ewolucja korelacji - x F w zależności od N w i ע -zachowanie dla dużych x F Lepsze zrozumienie obserwowanych zjawisk poprzez wykonanie analiz: dla różnych energii dla różnych systemów/centralności dla różnych cząstek w stanie końcowym w szerokim obszarze przestrzeni fazowej Podsumowanie

31 Zapas Zapas

32 Detektor CD szare protony wybite z jądra pęd 0.15 < p lab < 1.0 GeV/c Detektor w kształcie cylindra: wysokość 20cm średnica 16cm Centralność zderzenia Symulacja (model Glaubera + odpowiedź detektora) pozwala powiązać liczbę szarych protonów z parametrem zderzenia b, liczbą oddziaływań pocisku ע lub liczbą zranionych nukleonów N w

33 Akceptacja geometryczna NA49 dla protonów, s=17.3GeV pełen kąt Φ |Φ| < 90 O |Φ| < 50 O

34 Różnica pomiędzy y i x F dla protonów, s=17.3GeV

35 Korelacje - y

36 dla y 0 R AB przy SPS - dla lekkich systemów R AB Phys. Rev. C64 (2001) wzmocnienie produkcji dla dużych p T R AB >1 dane nie najlepszej jakości nie badana zależność od typu cząstki Ale...

37 R AuAu vs. η nucl-ex/ BRAHMS RHIC dla hadronów naładowanych zachowanie podobne dla η=0 i η=2.2

38 Korelacje - x F : wzrost dla wszystkich x F π : bardziej skomplikowana zależność od ע ważny skład nukleonowy jąder(?) daneodniesienia: nie same p+p Korelacje - x F