Eksperymenty Zielińska Magdalena FZJC Phobos & Brahms.

Prezentacja na temat: "Eksperymenty Zielińska Magdalena FZJC Phobos & Brahms."— Zapis prezentacji:

1 Eksperymenty Zielińska Magdalena FZJC Phobos & Brahms

2 Plan wystąpienia Wstęp Phobos Brahms Cel Budowa detektora Wyniki FZJC

3 Nazwy Phobos – (gr.) strach Jest to jeden z dwóch księżyców Marsa
Johannes Brahms (7 Maj Kwiecień 1897) - kompozytor Drugim księżycem Marsa jest Demios co jak przystało na boga wojny oznacza groza. FZJC Phobos & Brahms

4 Położenie Kraj: USA Region: ~100 km na wschód od NY
Instytucja: BNL (Brookhaven National Laboratory) FZJC Phobos & Brahms

5 Położenie cd. Oba eksperymenty są umiejscowione na akceleratorze RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider). Wygodny układ współrzędnych - zegar Phobos – na godz. 10 Brahms – na godz. 14 FZJC Phobos & Brahms

6 Akceleratory Eksperymenty są położone w miejscach, gdzie wiązki ciężkich jonów przecinają się dzięki czemu dochodzi do ich zderzeń. Przyspieszanie jąder następuje w kilku etapach: najpierw w akceleratorze liniowym (Tandem) oraz kołowych (Booster i akcelerator AGS) i dopiero na końcu w głównym akceleratorze RHIC. FZJC Phobos & Brahms

7 Zderzenia 19,6 GeV RHIC 2000 run 56 GeV RHIC 2000 run
W akceleratorze RHIC zderzane są: Au+Au przy energiach (sNN ): 19,6 GeV RHIC 2000 run 56 GeV RHIC 2000 run 130 GeV RHIC 2000 run 200 GeV RHIC 2001 run d+Au przy energiach (sNN ): 200 Gev RHIC 2003 run p+p przy energiach (sNN ): 200 Gev RHIC 2003 run Ref: F.Rami Kemer2003 FZJC Phobos & Brahms

8 FZJC Phobos & Brahms

9 Kolaboracja - 63 ludzi z 8 instytucji-
Birger Back, Mark Baker, Maarten Ballintijn, Donald Barton, Russell Betts, Abigail Bickley, Richard Bindel, Wit Busza, Alan Carroll, Zhengwei Chai, Patrick Decowski, Edmundo García, Tomasz Gburek, Nigel George, Kristjan Gulbrandsen, Stephen Gushue, Clive Halliwell, Joshua Hamblen, Adam Harrington, Conor Henderson, David Hofman, Richard Hollis, Roman Hołyński, Burt Holzman, Aneta Iordanova, Erik Johnson, Jay Kane, Nazim Khan, Piotr Kulinich, Chia Ming Kuo, Willis Lin, Steven Manly, Alice Mignerey, Gerrit van Nieuwenhuizen, Rachid Nouicer, Andrzej Olszewski, Robert Pak, Inkyu Park, Heinz Pernegger, Corey Reed, Michael Ricci, Christof Roland, Gunther Roland, Joe Sagerer, Iouri Sedykh, Wojtek Skulski, Chadd Smith, Peter Steinberg, George Stephans, Andrei Sukhanov, Marguerite Belt Tonjes, Adam Trzupek, Carla Vale, Siarhei Vaurynovich, Robin Verdier, Gábor Veres, Edward Wenger, Frank Wolfs, Barbara Wosiek, Krzysztof Woźniak, Alan Wuosmaa, Bolek Wysłouch, Jinlong Zhang ARGONNE NATIONAL LABORATORY BROOKHAVEN NATIONAL LABORATORY INSTITUTE OF NUCLEAR PHYSICS, KRAKOW MASSACHUSETTS INSTITUTE OF TECHNOLOGY NATIONAL CENTRAL UNIVERSITY, TAIWAN UNIVERSITY OF ILLINOIS AT CHICAGO UNIVERSITY OF MARYLAND UNIVERSITY OF ROCHESTER Ref: Gábor Veres QM2004 FZJC Phobos & Brahms

10 Publikacje >400 citations >150 citations first paper
>36 citations/paper *Charged particle multiplicity near mid-rapidity in central Au+Au collisions at √sNN = 56 and 130 AGeV Phys. Rev. Lett. 85, 3100 (2000) {first published results from RHIC data} * Ratios of charged particles to antiparticles near mid-rapidity in Au+Au collisions at √sNN =130 GeV Phys. Rev. Lett. 87, (2001)   *Charged-particle pseudorapidity density distributions from Au+Au collisions at √sNN =130 GeV Phys. Rev. Lett. 87, (2001)  *Centrality Dependence of Charged Particle Multiplicity at Midrapidity in Au+Au Collisions at √sNN =130 GeV Phys. Rev. C65, 31901R (2002).    *Energy dependence of particle multiplicities near mid-rapidity in central Au+Au collisions Phys. Rev. Lett. 88, (2002) {first published results from data at maximum energy} *Centrality Dependence of the Charged Particle Multiplicity near Mid-Rapidity in  Au+Au Collisions at √sNN =130 and 200 GeV Phys. Rev. C65, R (2002).   *Pseudorapidity and centrality dependence of the collective flow of charged particles in Au+Au collisions at √sNN =130 GeV Phys. Rev. Lett. 89, (2002)  *Ratios of charged antiparticles to particles near mid-rapidity in Au+Au collisions at √sNN =200 GeV Phys. Rev. C 67, R (2003)  *The significance of the fragmentation region in ultrarelativistic heavy ion collisions Phys. Rev. Lett (In press).  *Comparison of the Total Charged-Particle Multiplicity in High-Energy Heavy Ion Collisions with e+e- and pp/pbar-p Data Submitted to Phys. Rev. Lett.   *Charged hadron transverse momentum distributions in Au+Au collisions at √sNN = 200 GeV Submitted to Phys. Lett.B   *Centrality Dependence of the Charged Hadron Transverse Momentum Spectra in d+Au Collisions at √sNN =200 GeV Submitted to Phys. Rev. Lett.  {jointly with STAR and PHENIX, first results from d+Au run}   Ref: W.Busza DoE Review of RHIC Program Stan na czerwiec 2003 FZJC Phobos & Brahms

11 Cel Eksperyment PHOBOS mierzy krotność w prawie całym zakresie kąta azymutalnego. Akceptancja całego detektora: |h|<5,4 (h=-ln(tan(f/2))) Dzięki tak dużej akceptancji można wyznaczyć np.: całkowitą ilość cząstek naładowanych w zderzeniu (Ntotch = 4200+/-470 sNN = 130 GeV Ntotch = 5300+/-530 sNN = 200 GeV (dla zderzeń centralnych)) Badanie własności plazmy kwarkowo-gluonowej w korelacji z innymi eksperymentami. Ref: E.Garcia(PHOBOS Collaboration) Heavy Ion Physics 16/1{4 (2002) FZJC Phobos & Brahms

12 Cel Kontynuacja badań z innych eksperymentów ale przy wyższych energiach zderzeń FZJC Phobos & Brahms

13 Detektor oraz Vertex detektor FZJC Phobos & Brahms

14 Spektrometr   Umieszczony jest on w silnym polu magnetyczny dokonuje pomiaru pędu i identyfikuje typ cząstek naładowanych na podstawie strat energii zarejestrowanych w sensorach krzemowych. Akceptancja : 0,5<h<1,5 Jedno ramię spektrometru składa się z 8 ramek, na których po obu ich stronach zamocowanych jest w sumie 42 modułów krzemowych. Każdy z modułów to 2-4 płytek krzemowych podzielonych na kilkaset do kilku tysięcy niewielkich prostokątnych komórek do których podłączone są elementy elektroniczne odczytujące sygnały pozostawione przez przelatujące przez krzem cząstki naładowane. Elementy te są chłodzone przez wodę płynącą wewnątrz aluminiowych ramek. FZJC Phobos & Brahms

15 Moduły krzemowe Na zdjęciu pokazane są przykładowe moduły krzemowe stosowane w spektrometrze. Pierwszy z nich montowany jest najbliżej rury akceleratora, dwa pozostałe w dalszej części spektrometru znajdującej się w polu magnetycznym. Widoczny jest (zwłaszcza w pierwszym od lewej module) obszar czynny płytek krzemowych (zielonkawy) oraz metalizowane ścieżki doprowadzające sygnał do elementów elektronicznych. Są to detektory pikselowe. Ich rozmiary: - w pierwszych 4 płaszczyznach: 1 x 1 mm - dalej m. in.: 0.4 x 6 mm - na końcu: 0.67 x 19 mm FZJC Phobos & Brahms

16 Magnes Dwa ramiona spektrometru umieszczone są pomiędzy nabiegunnikami konwencjonalnego magnesu dającego pole o natężeniu ,max ponad 2 Tesla. Na zdjęciu widoczne są nabiegunniki pokryte miedzianym uzwojeniem, ponad i pod nimi pomalowane na niebiesko jarzmo oraz wspierające je stalowe kolumny (szare). Zdjęcie wykonane zostało przed zainstalowaniem spektrometru. Ref: R.Pak QM2001 FZJC Phobos & Brahms

17 Oktagon Akceptancja : |h| < 3
Oktagonalny detektor krotności składa się z części otaczającej punkt zderzenia (oktagon) oraz detektorów umieszczonych wzdłuż rury akceleratora (pierścienie); pozwala na wyznaczenie liczby  cząstek wyprodukowanych w zderzeniu (prawie wszystkich - poza lecącymi pod bardzo małymi kątami). Długość ~ 1m. Wielkość pikeli w płytkach krzemowych: 2.7 x 8.7 mm FZJC Phobos & Brahms

18 Vertex detector Vertex Resolution: sx ~ 450 mm sy ~ sz ~ 200 mm
Nad i pod punktem zderzenia znajdują się dwa detektory vertex. Detektory te składają się z dwóch warstw krzemowych. Vertex Octagon Vertex Resolution: sx ~ 450 mm sy ~ sz ~ 200 mm Akceptancja : |h| < 0,5 Ref: R.Pak QM2001 FZJC Phobos & Brahms

19 Pierścieniowe detektory krotności
Uzupełnieniem oktagonalnego detektora krotności otaczającego punkt oddziaływania jest 6 pierścieniowych detektorów krotności. Są one rozmieszczone wzdłuż rury akceleratora tak, by mogły zarejestrować cząstki lecące początkowo w rurze pod małymi kątami w stosunku do kierunku wiązek. Każdy pierścień składa się z ośmiu płytek krzemowych przymocowanych do specjalnej obręczy. FZJC Phobos & Brahms

20 TOF Detektor czasu przelotu (Time Of Float) pozwala na identyfikację cząstek zmierzonych w spektrometrze. W spektrometrze można jednoznacznie określić typ cząstki analizując wielkość jej jonizacyjnych strat energii jedynie dla małych i średnich pędów. Za pomocą detektora TOF można zmierzyć czas jaki cząstka potrzebowała na dotarcie do niego, a tym samym określić jej prędkość. Znając pęd cząstki (z pomiaru w spektrometrze) i jej prędkość możemy określić jej masę rozszerzając zakres identyfikacji dla cząstek poruszających się z prędkościami wyraźnie mniejszymi od prędkości światła. Na detektor TOF składają się dwie ściany liczników scyntylacyjnych. Detektor ten jest mobilny Jeżeli w TOF trafiły dwie cząstki równocześnie można je rozróżnić na podstawie analizy kształtu narastania sygnału i jego amplitudy FZJC Phobos & Brahms

21 Trigger Podczas pomiarów wszystkie detektory są gotowe do rejestracji sygnałów od cząstek, które w danym momencie, lub niewiele wcześniej przeleciały przez aktywną część detektora. Dla dokonania pomiaru we właściwym momencie, czyli zaraz po zderzeniu jąder złota, konieczny jest sygnał inicjujący rejestrację. Jest on wytwarzany i wysyłany do detektorów krzemowych w chwili gdy wiadomo, że nastąpiło zderzenie jąder złota. Informacji o tym dostarczają detektory Czerenkowa i scyntylacyjne rejestrujące cząstki naładowane wyemitowane pod bardzo małymi oraz średnimi kątami. Pozwalają one w przybliżeniu ocenić ilość wyprodukowanych cząstek, oraz stwierdzić, że pochodzą one z obszaru przecięcia wiązek. Dodatkowo można wykorzystać kalorymetry do rejestracji neutronów (ZDC - Zero Degree Calorimeter) dające sygnał od neutralnych fragmentów jąder, które nie uczestniczyły bezpośrednio w oddziaływaniu. Akceptancja detektora scyntylacyjnego: 3 < h < 4,5 Na dole – detektor Czerenkowa Na górze- detektor scyntylacyjny FZJC Phobos & Brahms

22 Rura akceleratora tunel akceleratora RHIC w pobliżu eksperymentu PHOBOS Wiązki jąder złota krążą w próżniowej rurze otoczonej na prawie całej jej długości przez magnesy nadprzewodzące pozwalające na zakrzywienie toru lotu cząstek naładowanych. Rura wraz magnesami i urządzeniami do przyspieszania wiązki umieszczona jest w tunelu. W czasie pracy akceleratora tunel jest zamknięty. FZJC Phobos & Brahms

23 Multiplicity Array Unrolled
f Vertex 500 Spec 0 keV -5.4 -3 +3 +5.4 h Octagon FZJC Rings Phobos & Brahms Rings

24 HIJING Jest to symulacja komputerowa mająca za zadanie przewidzieć wyniki detektora. Np. zderzenia d+Au przy energii 200 GeV Ref: R.Nouicer QM2004 FZJC Phobos & Brahms

25 Pierwsze pomiary W czerwcu 2000 r. zarejestrowane zostały pierwsze zderzenia wiązek, najpierw przy energii 19,6 Gev, 56 GeV, nieco później przy energii 130 GeV. W 2001 r. rejestrowane były zerzenia prz jeszcze wyżwszej energii 200 GeV oraz, dla porównywania, przy energii 20 GeV. Na poczatku 2002 r. wykonywane były też pomiary oddziaływań proton-proton przy energii 200 GeV. FZJC Phobos & Brahms

26 Rodzaje zderzeń Zderzenia Au+Au Central Collisions dNCh/d 
200 GeV 19.6 GeV 130 GeV dNCh/d  Procentowa zawartość zderzeń: Centralne 0- 6% Peryferyjne 45 – 55 % Peripheral Collisions Ref: W.Busza DoE Review of RHIC Program FZJC Phobos & Brahms

27 Unormowana gęstość cząstek
Zderzenia Au+Au przy energii 130 GeV Wielkość ta rośnie wraz z centralnością zderzenia. Duża zgodność z modelem Kharzeev i Nardi Niezgodność z HIJING oraz z EKRT Ref: E.Garcia(PHOBOS Collaboration) Heavy Ion Physics 16/1{4 (2002) FZJC Phobos & Brahms

28 Identyfikacja cząstek
Negative charges p Positive charges p K— K+ + — Ref:B.Wosiek QM2002 FZJC Phobos & Brahms

29 Cząstki/Antycząstki 0<h<1.5
AuAu130 GeV Stat Syst. Stosunek cząstek do antycząstek jest znacznie wyższy przy wyższych energiach (PHOBOS) Ref: W.Busza UCSB 2002r FZJC Phobos & Brahms

30 Potencjał chemiczny Potencjał chemiczny (dla freeze-out w temp MeV) wyznaczony w eksperymencie Phobos wynosi: mB = 45 MeV (dla energii zderzeń 130 GeV) mB = 26 MeV (dla energii zderzeń 200 GeV). Jest to wartość o wiele mniejsza niż z danych z SPS: mB = 200 MeV Ref:G.Roland QM2001 FZJC Phobos & Brahms

31 Flow Directed Flow v1p v2 FZJC Phobos & Brahms

32 Flow vs. pT Zderzenia Au+Au przy energii 200 GeV 0<h<1.5
Obserwujemy wysycenie v2 dla pędów poprzecznych pT>2 . Dane te potwierdzają wcześniejsze wyniki ze STARa i PHENIXa (przy energiach 130 GeV). Ref:arXiv:nucl-ex/ v1 15 Mar 2004 FZJC Phobos & Brahms

33 Rozbudowa EM-Calorimeter Electron-ID Micro-Vertex
Ref: Gerrit J. van Nieuwenhuizen R&D Workshop FZJC Phobos & Brahms

34 Broad Range Hadron Magnetic Spectrometer
Broad Range Hadron Magnetic Spectrometer FZJC Phobos & Brahms

35 Kolaboracja - 52 ludzi z 12 instytucji-
I.G. Bearden7, D. Beavis1, C. Besliu10, Y. Blyakhman6, J.Brzychczyk4, B. Budick6, H. Bøggild7 ,C. Chasman1, C. H. Christensen7, P. Christiansen7,J.Cibor4, R.Debbe1, J. J. Gaardhøje7,M. Germinario7 ,K. Grotowski4 , K. Hagel8, O. Hansen7, H. Ito11, E. Jacobsen7, A. Jipa10, J. I. Jordre10, F. Jundt2, C.E.Jørgensen7, E. J. Kim5, T. Kozik3, T.M.Larsen12, J. H. Lee1, Y. K.Lee5, G. Løvhøjden2, Z. Majka3, A. Makeev8, B. McBreen1, M. Murray8, J. Natowitz8, B. Neuman11,B.S.Nielsen7, K. Olchanski1, D. Ouerdane7, R.Planeta4, F. Rami2, D. Roehrich9, B. H. Samset12, S. J. Sanders11, I. S. Sgura10, R.A.Sheetz1, Z.Sosin3, P. Staszel7, T.S. Tveter12, F.Videbæk1, R. Wada8 and A.Wieloch3,Z. Yin9 1Brookhaven National Laboratory, USA, 2IReS and Université Louis Pasteur, Strasbourg, France 3Jagiellonian University, Cracow, Poland, 4Institute of Nuclear Physics, Cracow, Poland 5Johns Hopkins University, Baltimore, USA, 6New York University, USA 7Niels Bohr Institute, Blegdamsvej 17, University of Copenhagen, Denmark 8Texas A&M University, College Station. USA, 9University of Bergen, Norway 10University of Bucharest, Romania, 11University of Kansas, Lawrence,USA 12 University of Oslo Norway FZJC Phobos & Brahms

36 Cel Badanie stanu powstałego w wyniku zderzenia ciężkich jonów dla dwóch różnych zakresów kątów: 30o-95o 2,3o-15o Bardzo dobra identyfikacja cząstek w zakresie akceptancji  <4 Pomiary w dużym zakresie pędu i pędu poprzecznego cząstek. FZJC Phobos & Brahms

37 Detektor 95° 30° 2.3° 15° Ref: I.G. Bearden QM2002 FZJC
Detektor Brahms można podzielić na dwie główne części: MRS i FS Ref: I.G. Bearden QM2002 FZJC Phobos & Brahms

38 Forward spectrometer 1<h<3.6 D1- D4 - magnesy
T1- T2 - Time Projection Chambers (TPCs) T3–T5 - Drift Chambers (DCs) C1- Detektor Czerenkowa H1- H2- TOF (Detektory czasu przelotu) Akceptancja FS: 1<h<3.6 Ref:M. Adamczyk et al. / Nuclear Instruments and Methods in Physics Research FZJC Phobos & Brahms

39 Mid-rapidity spectrometer
D5- magnes (w środku) TPC1 – TPC2 Time Projection Chambers (po prawej i po lewej magnesu) TOFW- detektor czasu przelotu (najbardziej po prawej) Akceptancja MRS: -0,5<h<1 FZJC Phobos & Brahms

40 Magnesy W skład detektora wchodzą 4 magnesy dipolowe. W skład FS wchodzą D1- D4, a do MRS D5. Magnesy te wytwarzają pole o natężeniu max [T]: D1 D2 D3 D4 D5 1,26 1,68 1,22 1,19 1,45 D5 w MRS- tam spodziewamy się cząstek o mniejszym pędzie W FS spodziewamy się cząstek o większym pędzie Problem: Pole magnetyczne może wpływać na wiązkę w RHIC-u Rozwiązanie: Magnesy zostały tak zaprojektowane by Natężenie w kier x było małe za magnesem. TOSCA Niebieskie w środku- magnesy D3 i D4 Żółte na końcu – magnes D2 FZJC Phobos & Brahms

41 TPC Wykorzystanie: wyznaczanie pędów cząstek
Time projection chambers Wykorzystanie: wyznaczanie pędów cząstek Position resolution ~ 400 mm Two-track resolution ~ 15 mm Porównanie (STAR): Two-track resolution ~ 25 mm Duży udział grupy z Krakowa. FZJC Phobos & Brahms

42 Drift chambers Position resolution ~ 300 mm
Two-track resolution ~ 10 mm FZJC Phobos & Brahms

43 Detektory czasu przelotu są tu zainstalowane w celu identyfikacji cząstek.
Są one w stanie odróżnić piony od kaonów do pędu 5,8 GeV/c i kaony od protonów do pędu 8,5 GeV/c. TOF TOFW Ref: arXiv:physics/ v1 17 Jun 1997 & R.Debe CIPANP 2003 FZJC Phobos & Brahms

44 Detektor Czerenkowa Służy do identyfikacji cząstek. Może odróżniać
piony od kaonów do pędu 9,3 GeV/c. Jego głównym elementem jest komora wypełniona gazem pod ciśnieniem atmosferycznym. Cząstki o odpowiednim pędzie produkują promieniowanie Czerenkowa, które odbija się od luster i trafia do detektorów fotonów. C1 π threshold H1 & C1 FZJC Phobos & Brahms

45 Global Detectors Detektory te są położone w pobliżu punktu zderzenia.
Ich zadaniem jest: Trigger Timing Event characterization FZJC Phobos & Brahms

46 BBC Zlokalizowane są 220 cm od punktu zderzenia (po obu jego stronach)
Beam-Beam Counters Left Array Zlokalizowane są 220 cm od punktu zderzenia (po obu jego stronach) Zbudowane są z dwóch detektorów Czerenkowa o różnej wielkości. Akceptancja: 3 <  < 4.2 Right Array FZJC Phobos & Brahms

47 Multiplicity Arrays Otaczają one punkt zderzenia.
Wewnętrzny detektor (SiMA (Silicon Strip Multiplicity Array)) zbudowany jest z sensorów krzemowych Zewnętrzny (TMA (Scintillation Tile Multiplicity Array)) zbudowany jest z wielu płytek z detektorami scyntylacyjnymi). Akceptancja: <2.2 SiMA TMA FZJC Phobos & Brahms

48 dNch/d vs. energy Duża zgodność z wynikami z PHOBOSa
Wang & Gyulassy, PRL86(2001)3496 Duża zgodność z wynikami z PHOBOSa Widać, że wielkość ta dla zderzeń Au+Au jest o wiele większa niż dla zderzeń p+p. Wynika z tego, że zderzenia Au+Au nie są zwykłą superpozycją zderzeń p+p.   BRAHMS |  |   | |  =0 FZJC Phobos & Brahms

49 Cząstki/Antycząstki Zderzenia Au+Au przy energii 200 GeV
Stosunek cząstek do antycząstek dla h=0 pbar/p = ±0.04 K-/K+ = 0.95 ±0.05 p-/p+ = 1.01 ±0.04 Wysoki stosunek pbar/p (większy o 17% niż w zderzeniach o energii 130GeV) W zakresie akceptancji h e(0;1) stosunki cz/a są prawie stałe Dla teoretyków : Nie ma teorii poprawnie opisującej tą zależność. Ref: J.H Lee RHIS/AGS users meeting 2003 FZJC Phobos & Brahms

50 K-/K+ vs pbar/p Widać tu dużą zgodność z teoretycznym (statystycznym) modelem Becattiniego używanego m.in. do wyznaczania potencjału chemicznego mB dla freeze-out. FZJC Phobos & Brahms

51 dNch/d vs.  Nie obserwujemy „plateu” (patrz PHOBOS)
Zależnośći te (dla każdego rodzaju cząstek) można opisać Gaussem FZJC Phobos & Brahms

52 Wpływ energii na dNch/d
Zderzenia Au+Au przy energii 200 GeV K+ p- Jak widać krzywa dNch/d w eksperymentach o niższej energii zderzenia jest o wiele niższa niż w BRAHMSie FZJC Phobos & Brahms

53 Więcej... PRL 91, (2003) FZJC Phobos & Brahms

54 KONIEC DZIĘKUJĘ WSZYSTKIM ZA UWAGĘ! FZJC Phobos & Brahms