Hadrony w materii jądrowej-nowe wyniki eksperymentalne

Prezentacja na temat: "Hadrony w materii jądrowej-nowe wyniki eksperymentalne"— Zapis prezentacji:

1 Hadrony w materii jądrowej-nowe wyniki eksperymentalne
Motywacja: Generacja mas hadronów i rola symetrii chiralnej Promieniowanie z gorącej materii jądrowej Mezony wektorowe (//): języczek uwagi Przegląd najnowszych wyników eksperymentalnych: Mezony w jądrze: Mezony w gorącej materii jądrowej: T=60-80 MeV: (1-2 AGeV) T= MeV: ( AGeV) Podsumowanie P. Salabura IFUJ

2 Generacja mas Model standartowy Q u e c t d e s  b    2/3 -1/3
10-3 10-1 1 101 102 103 104 105 10-2 mq,l [MeV] e   e   d u s c b t leptony kwarki Q u e c t d e s  b    2/3 -1/3 -1 Kwarki leptony 3 rodziny cząstek Jaki jest mechanizm generacji mas hadronów? Mproton>> 3mu/d (20 MeV) ! Model kwarków: masy "constituent" (Mu/d ~300 MeV) Generacja mas leptonów i kwarków przez mechanizm Higgsa Masy „current" (mu/d~20 MeV)

3 Symetrie (globalne) oddziaływań silnych
Zachowanie liczby barionowej: U(1)V Symeria chiralna SU(Nf)L/R : Oddziaływanie silne (Lagrangian) bezmasowych kwarków (u,d) jest niezmiennicze względem 2 transformacji: Axialnej i Wektorowej f.falowa kwarku w p. zapachu q=(u,d) , =(1, 2 , 3) macierze Izo(spinu) Pauliego Oddziaływanie silne zachowuje skrętność (chiralność) Zachowanie izospinu (UV) . Np: piony mają taką samą masę Degenarcja mas partnerów chiralnych (UA). Np: (1+), a1(1-)

4 Widma hadronów a Symteria Chiralna (Sch)
Widma hadronów : dublety chiralne przykład dla mezonów z J=0 Parnterzy chiralni 0+ 0- 1- 1+ różne masy parnerów chiralnych ! Symetria chirlana jest złamana przewidziane w dla układów cl(=u,d) przez M.Nowak, Rho, Zahed, Bardeen, Hill i... Zmierzonew 2003 przez BELLE, CLEO, BARBAR 0- (1.86) 0+ (2.31) 1- (2.01) 1+ (2.42) 1+ (2.46) Mezony cu D0 0- (1.96) 0+ (2.32) 1+ (2.54) 1- (2.11) Mezony cs Ds 0+ f0 Mezony lekkie SB rozszczepienie ~400 MeV/c2

5 Spontaniczne łamanie SCh-kondensat kwarkowy
Natura wybiera stan jako stan podstawowy próżni stan charakteryzujący się istnieniem kondensatu. SCh jest łamana spontanicznie – model Nambu-Goldstone: bozony Goldstona (piony dla SU(2)) generacja masy (masa konstytuentna kwarków) parametr złamania Sch: Klimt, Lutz,Weise Phys.Lett.B249 (1990) 386 B Kondensat w materii jądrowej Czy można to zmierzyć ? Brown,Rho Phys.Lett. 66(1991)2720 Skalowanie Brown-Rho (B-R) mh *= mh(1-*/0)

6 Scenariusz hadronowy zmian masy
Funkcja spektralna (1 przykład): r = r0 W. Peters et.al. NPA 632(1998)109: R. Rapp, J. Wambach Próżnia:   W materii jądrowej dodatkowe efekty: + r N-1 N(1520) + ... D(1232)  Dominująca rola barionów !

7 Relatywistyczne zderzenia ciężkich jonów: „Laboratorium” gęstej i gorącej materii jądrowej
Dense matter Freeze-out First chance collisions Toneev at al. ,nucl-th/ : 3-fluid hydrodynamics Czasowa ewolucja zderzenia jonów Nuclear Matter SIS mB temperature Quark Matter Hadron Resonance Gas DLS, HADES(GSI,BEVELAC) CERES, NA60 (SPS) T TC~170 MeV 940 MeV MeV baryon chemical potential thermal freeze out chemical freeze out DLS, HADES, KEK E235 PHENIX (RHIC)

8 Promieniowanie gorącej materii jądrowej
Im Πem(M,q) e+ e- γ Funkcja korelacyjna elektromagnetycznych prądów kwarkowych: r +w +f r I =1 qq 2p + 4p +... KK fB(T,E) – rozkład temperatury s ≥ sdual~(1.5GeV)2 : pQCD kontinuum s < sdual : Zdominowana przez mezony wektorowe! W próżni Πem ~ (e+e-hadrony)

9 Metoda eksperymentalna
Pomiar własnosci (m, ) -> f. spektralna mezonów wektorowych ,,  w materii (reakcje pA, A, AA ) poprzez rozpady dileptonowe e+e- lub µ+ µ- Niezaburzona informacja z wnętrza materii małe prawd.(2) rozpadu w kanał dielektronowy Duże tło hadronowe e- c 10-15 fm/c Rozpady dwóciałowe (linie): Rozpady trójciałowe (Dalitz) (continuum):  2AGeV Ca+Ca Me+e [GeV/c2}- CB – Tło kombinatoryczne z rozpadów 0 Dalitz+ konwersja fotonów! V → e+e- V → e+e- X Mezon Masa [MeV/c2] Szerokość  Czas życia c [fm/c] (Ve+e-) tot 0 770 150 1.3 4.4x10-5  782 8.4 23.4 7.1x10-5  1020 4.4 44.4 3.1x10-5

10 Podsumowanie (cz.I) I. Widma hadronów zbudowanych z lekkich kwarków odzwierciedlają złamanie symetrii chiralnej odpowiedzialnej za generację mas Masa hadronów jest (jak?) wielkością zależną od własności materii (, T) i może ulec zmianie: scenariusz BR vs hadronowy (czy one naprawdę mówia o innym mechanizmie?) II Emisja promieniowania elektromagtnetycznego z gorącej materii jądrowej (wirtualne fotony o q2<1 MeV/c2 ) odbywa się przez mezony // φ Zmiana własności mezonów w materii (M*, *) może być sygnałem zmian własności materii (hadron gaz-QGP)

11 Wyniki eksperymentalne (I)
Mezony w jądrze

12 Mezony w jądrze Generalna idea eksperymentu detektor
p (E=3-4 GeV), - (E=1-2 GeV) 30% rozpadów  w jądrze, ~90% rozpadów  w jądrze p (E=12 GeV) ~ 6% rozpadów  w jądrze ~60% rozpadów  w jądrze Generalna idea eksperymentu P+p boundX e+e-X „dielektrony ” P+pboundX 0 X 3 X „fotony” e+ P =-, p,  0= 0.17/fm3 „tomografia” rozpadu  w jądrze Pb detektor P 208Pb  e-

13 Mezony w jądrze (p+A) p+A @ 12 GeV R. Muto, QM 2004; KEK – PS E325
Opis widma eksperymentalnego przez tło + rozpady „swobodnych” mezonów , , φ, η → nadwyżka par dla 0.6<M<0.75 GeV/c2 They fit shapes of mesons and combinatorial background (obtained from event mixing techniques) –yields are fit parameters and obtained for non-modified rho no contribution! Only after BR scaling they can reproduce measured elswehere (Blobel) rho/omega cross sections Widmo opisane poprawnie zakładając zmianę masy  m*=m0(1-0.16/0) ! 50-66%  rozpada się wewnątrz jądra i tylko 5-9%  !

14 Mezony w jądrze (+A) Nb  Nb, E  1.2 GeV (CB/TAPS@ELSA)
Obliczenia teoretyczne opisują dane przy założeniu: wynik jest zgodny z obserwacją z KEK dla mezonu  ! m = m0 (1 -  /0); przy  = 0.16 Obliczenia teor: P. Mühlich et al., nucl-th/ Zaleta eksperymentu: Duże prawdopod. rozpadu →0 (8%) dla →e+e ! Wada: 0 oddziałuje z materią (λsw~1-2 fm!) – „rescattering”

15 Mezony w jądrze- ostateczny dowód na skalowanie B-R?
eksperyment (2006): GeV, GeV Selekcja  w spoczynku wzgl. jądra poprzez kinematykę p<300 MeV/c ! E.Bratkovskaya et al.. Nucl-th/ (01) M.Effenberger et al. Phys.Rev.C027601(01) Przewidywania teoretyczne:

16 Wyniki eksperymentalne(II)
Wysokoenergetyczne zderzenia jądro-jądro

17 Dielektrony z DLS@BEVELAC @ 1AGeV
Data: R.J. Porter et al.: PRL 79(97)1229 Model: E.L. Bratkovskaya et al.: NP A634(98)168, BUU, vacuum spectral function Dobry (w ramach statystyki!) opis produkcji par e+e- w reakcjach pp, pn Duża nadwyżka par ponad widmo oczekiwane z rozpadów swobodych mezonów w reakcjach C+C i 1 AGeV! Nawet skalowanie B-R nie wyjaśnia nadwyżki!

18 HADES w GSI: koncept spektrometru

19 Dielektrony z HADES@GSI
Toroidalny spektrometr magnetyczny Akceptancja geometryczna par 35% Identyfikacja elektronów RICH: Ring Imaging CHerenkov, Zupełnie „ślepy” na hadrony TOF: ściana przelotu Pre-Shower: 18 komór drutowych + konwertery z ołowiu – wkład IFUJ Rekonstrukcja śladów MDC: 24 komory dryfowe z 100 µm przestrzenną zdolnością rozdzielczą Identryfikacja elektronów w czasie rzeczywistym (100µs !) w systemie wyzwalania 100-krotny wzrost wydajności w stosunku do DLS ! Start w 2002 1 m

20 RICH +MDC I RICH PreShower Magnet

21 Identyfikacja elektronów : HADES
linear z axis ! zdarzenia wyzwolone triggerem w 2'rzędu (LVL2): 1.2 % zdarzeń LVL1! LVL2: koincydencja "elektronów" w RICH i META. Wydajność na pary>86% offline :+ pełna rekonstrukcja śladów log. z axis ! yield [arb. units] warunek na b

22 C+C @ 2 AGeV HADES (σm(ω) = 10%). blędy systematyczne +50%/-40%
Pomiar w 2002 w konfiguracji bez MDCIII/IV Widmo eksperymentalne poprawione na: wydajności detektorów wydajności rekonstrukcji Normalizacja do +/- mierzonych w w tym samym eksperymencie Porównanie do przewidywań teorii tylko w obrębie akceptancji geometrycznej! Przewidywania oparte na znanych przekrojach czynnych ( ) i skalowaniu mt () within acceptance PRELIMINARY (σm(ω) = 10%). blędy systematyczne +50%/-40%

23 C+C @ 2 AGeV HADES- porównanie z HSD
Porównanie z obliczeniami teoretycznymi : HSD v2.5 of May ´05, E. Bratkovskaya et al. Widmo pędu poprzecznego Widmo masy niezmienniczej e+e->9o, pt > 100 MeV/c

24 HADES: Weryfikacja rekonstrukcji dilektronów : pp @ 2.2 AGeV (2004)
TARGET: LH2 (5cm length - 21023 protons/cm2) wiązka protonów 107 p/ Cel: eksluzywna rekonstrukcja mezonu  oraz pierwszy test rekonstrukcji z wysoką zdonością rozdzielczą pp → pp → pp+ - 0 (hadrony) pp → pp → ppe+e-  (dielektrony) 0 pp→pp0 pp→pp0→ppe+e- BR: 1.2*10-2  pp→pp→pp+-0 pp→pp→ppe+e- BR: 6 * 10-3 pełen zestaw komór w 4 sektorach (4MDC) 3 sektory z (3MDC) Setup

25 Ekskluzywna rekonstrukcja 
Kanał elektromagnetyczny kanał hadronowy pp→pp→ppe+e- pp→pp→pp+-0 pp→pp0→ppe+e- R = hadr/electr 15.31.3 (SIM) 19.8 2.1 (EXP) dobra zgodność ! 0 =2.4%  =2.6% Missing Mass of protons [MeV/c2] Missing Mass of protons [MeV/c2]

26 Dielektrony z SPS(I): CERES(2000)
Detekor CERES:RICH + TPC radial drift TPC: momentum and energy loss p/p=2%1%*p/GeV m/m = 3.8 % for  (dE/dx)/(dE/dx) = 10% RICH's: electron identification 200 naładowanych cząstek w akcpetancji/zderzenie ! rozróżnianie elektronów od hadronów RICH + TPC (pionów, 5x wiecej niż nukleonów!) na poziomie 4*104 !

27 Dielektrony z CERES(I)
D. Miskowiec QM2005 centralność Zależność od centralności zderzenia Nadwyżka par nad widmo oczekiwane z rozpadu „swobodnych” hadronów: mee > 0.2 GeV: 2.430.21 (stat) Błąd systematyczny: 21%

28 Dielektrony z CERES(II): zależność od Ebeam
J.P.Wessels et al., Nucl. Phys. A 715 (2003) 262 scenariusz „hadronowy” scenriusz B.R Scenariusz BR opisuje dane gorzej (2/n = 2.4)! Nadwyżka przy niższej energii (40 AGeV) jest większa

29 Eksperyment Na60 @SPS (+-)
2.5 T dipole magnet muon trigger and tracking magnetic field beam tracker vertex tracker hadron absorber targets Matching in coordinate and momentum space Vertex mionów może być dokładnie określony Poprawa zdolności rozdzielczej dla M+-<1 GeV! czy !

30 Dimiony z Na60@SPS(I): rekonstrukcja mezonów
Doskonały opis widma dla zderzeń peryferyjnych w oparciu o zmierzone krotności //η/φ w reakcjach pp, pBe S.Demjanovic QM2005 Określenie wkładu pochodzącego od mezonu  (funkcji spektralnej mezonu w materii jądrowej) poprzez odjęcie wkładów od pozostałych mezonów w fukcji centralności Nadwyżka od „niezmodyfikowango” mezonu  rośnie z centralnością zderzenia (zgodnie z obserwacjami CERES) Wzrost natężenia- nowe kanały otwarte w materii: +-- -> Krotnosci mezonów zgadzaja sie z systematyka Becattini (pp,PBe) z tym ze dla rho/omega wartośc średnia okolo 1.8 przewyższa wartość zmierzona w In+In przez Na60 dla duzego pt>1GeV (1.2) i jest mniejsza od wartosci 2.0 dla pt<0.8. Do koktailu wzieto wartośc 1.2 dla zdarzen peryferyjnych Z pt>1 GeV!

31 Di-miony z Na60 @SPS(II): scenariusz BR vs hadronowy
Zderzenia centralne S.Demjanovic QM2005 Sceriusz „hadronowy” Scenriusz B.R Kształt niezaburzony (Breit-Wigner) pierwszy pomiar funkcji spektralnej mezonu  w materii jądrowej wydaje się wykluczać scenariusz B.R (obniżenie masy)! Dane o doskonałej jakości czekają na pełen opis teoretyczny!! Widma znormalizowne do tej samej powierzchni w obszarze m<0.9 GeV i przepuszczone przez akceptancje spektrometru Na60

32 Podsumowanie (cz. II) Pomiary funkcji spektralnej mezonów / (także φ-KEK325) w materii jadrowej wskazują na modyfikację masy zgodną ze scenariuszem BR Nowe pomiary przy niższej energii wiązki (p()+Pb powinny być bardziej czułe i dostraczyć komplementarnej informacji Zderzenia ciężkich jonów 1-2AGeV (HADES+DLS) wskazuję na nadwyżkę par, jednak ostateczne konkluzja dopiero po przprowadzeniu serii eksperymentów:pp,dp,A+A,1-2 AGeV (HADES ): AGeV (2005), 3.5 GeV (2006) p()+Pb (2007), GeV (2007) URHIC (CERES+NA60) wskazują na duże modyfikacje szerokości mezonu  (scenariusz hadronowy preferowany!) Nowa generacja precyzyjnych pomiarów definiuje nową jakość danych- wyzwanie dla teorii!

33 Promieniowanie gorącej materii jądrowej
Widmo masy niezmienniczej →e+e- z reakcji 2AGeV Im Πem – funkcja spektralna mezonu Im Πem rozkład Breita Wignera dla rozpadu w próżni czynnik 1/M3 dla rozpadu w kanał dileketronowy fB(M,T) – rozkład dostępnej energii (masy) dla danej temperatury fB(M,T) ~exp(-M/T) Duże znaczenie dla niskich energii

34 SIS (BEVALAC) energy regime: 1-2 AGeV
S. Bass et al. IQMD 15 fm/c r/r0 Final state in heavy ion collisions; up to 200 charged particles (Au+Au) approximately 10 % pions, baryon dominated Production of vector mesons below threshold co-operative process :NN N, N NN N N*()  N production confined to high density phase One vector meson decaying into lepton pair per 10 Million reactions ! Enhancement of baryon density Dt (3 > r/r0 > 2) = 15 fm/c.. Comparable to \ life times : V=1.3\23 fm/c Near threshold dynamics - off-shell effects! complementary pN and N programme ! C.Fuchs Phys.ReV.C67 025202(2003)