Plan seminarium

1

Charakterystyki poprzeczne Charakterystyki poprzeczne hadronów w oddziaływaniach hadronów w oddziaływaniach elementarnych i jądrowych elementarnych i jądrowych

wysokiej energii wysokiej energii

Bożena BoimskaIPJ

2

Wprowadzenie

Eksperyment NA49 Analiza Wyniki

próba ich zrozumienia – porównanie z modelami

wyniki z innych eksperymentów

Podsumowanie

Plan seminariumPlan seminarium

3

charakterystyki związane z pędem poprzecznym cząstek:

Charakterystyki poprzeczne ...Charakterystyki poprzeczne ...

rozkłady pT

korelacje pT - pL

współczynnik modyfikacji jądrowej RAB(pT)

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 NA49Eksperyment 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, Nw, ע)

h+A: CD – detekcja „szarych” protonów

A+A: VCAL – detekcja „obserwatorów” pocisku

5

typowo: σdE/dx ~ 4%

N – liczba punktów na śladzie

→ „global tracking”, wtedy N dużeNmax=234

N1

σdE/dx

Identyfikacja cząstekIdentyfikacja cząstek

przy użyciu informacji o stratach energii cząstek na jonizację

6

Badane zderzeniaBadane zderzenia

pp@158GeV 2.5M

pp@100GeV 260k

pp@40GeV 80k

różne centr. pPb@158GeV 850k

dodatkowo: różne centr. PbPb@158AGeV

Badane cząstkiBadane cząstki

Wyniki nie poprawione na rozpady: Λ, Σ, K0

S, ale oszacowany ich wpływ

Charakterystyki pT badane dla różnych obszarów xF

p,

s2p

xCM

LF CM – układ środka masy N-N

, p ,

7

FRITIOF wersja 7.02 i VENUS wersja 4.12

wymiana koloru

wzbudzenie podłużne

oddziaływania pp@158GeV: wygenerowane próbki po 500k

Modele fenomenologiczneModele fenomenologiczne

8

Widma pWidma pTT

Rozkłady gęstości średni pT

pp

pPb

9

Korelacje <pKorelacje <pT T > - x> - xFF

pp@158GeV

Błędy syst. w MeV/c:

xF p p π

10 20 4

0.1

0.3 15 80 6

Różnica pomiędzy p i p oraz + i - (widoczna szczególnie przy większych xF) może być przypisana wpływowi składu kwarkowego cząstek w stanie końcowym i początkowym

10

pp@158GeV


Zależność od krotności nZależność od krotności nchch

dla 0.1<xF<0.5 większe <pT> dla przypadków z większą krotnością

przejaw występowania twardych procesów?

11

Próba zrozumienia Próba zrozumienia wynikówwyników

Na przykładzie pionów

W ramach modeli partonowych:

pT frag

kT

pT pQCD

pQCDT

p

TfragTT pkpp

npQCDT

Tylko wzrost Phard prowadzi do wzrostu krotności.

Dla Phard: największy wzrost <pT> w obszarze 0.1<xF<0.5

12

Zależność od energii

Korelacje <pKorelacje <pT T > - x> - xFFoddziaływania 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< xF<0.5

piony - wyraźna zależność

protony - brak zależności

(wzrost <pT>)

Również dla oddziaływań e+e- i l+h dla hadronów naładowanych

wzrost <pT> z energią w badanym obszarze xF (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.: <pT>f = 450 MeV/c

<kT> = 450 MeV/c

Phard = 0.25p

π+

• modele po modyfikacjach dość

dobrze opisują π+

• równoczesny opis p i π+ nie jest możliwy

VENUS, FRITIOF vs. dane VENUS, FRITIOF vs. dane

14

pp@158GeV

FRITIOF w wersji zmodyfikowanej (z procesami „twardymi”) odtwarza rozkłady xF i pT pionów dodatnich.

Próba zrozumienia wyników – wpływ rezonansówPróba zrozumienia wyników – wpływ rezonansów


FRITIOF - opis danych eksperymentalnych

15


Rozważane rezonanse: ρ(770), ω(782), Δ(1232)

rezonanse dają ok. 45% wkładu do widm π+

π+ z rezonansów nie tylko dla małych xF i pT

Usunięcie π+ z rezonansów →efekt „mewy” silniejszy

Próba zrozumienia wyników – wpływ rezonansówPróba zrozumienia wyników – wpływ rezonansów

16


pPb@158GeV

Wzrost <pT> dla pp→pPb

dla pPb

protony i piony

- zależność od ע(przy wyższych xF)

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 kT partonów).

17


Ewolucja p+pEwolucja p+p→p+Pb→Pb+Pb→p+Pb→Pb+Pb

pp

pPb

PbPb

ע

1

6.2

4.6

Nw

2

7

352

protony piony

złe ע Nw lepsze

małe xF → Nw dobrewiększe xF → ע lepsze

- zarówno Nw jak i ע ważne- rola ע rośnie z xF

18

Współczynnik modyfikacji jądrowej

)p,(pNN)p,(pN

)p,(pRLTppcoll

LTABLTAB

RAB > 1 - wzmocnienie

RAB < 1 - tłumienie

dla różnych systemów i energii

19

RRABAB przy RHIC przy RHIC

GeV200s

RAuAu RdAu

pT

nucl-ex/0403024

RAuAu

RdAu

• maleje z centralnością

• różny dla h± i ππo

• jest <1 dla zderz. central.

• rośnie z centralnością

• różny dla h± i ππo

• jest 1 dla zderz. central.

Efekty „stanu początkowego” czy „stanu końcowego”?

malenie RAuAu z powodu oddziaływań w stanie końcowym

021

Z

Z

pEpE

y ln

20

Efekty „stanu początkowego” (I)Efekty „stanu początkowego” (I)

),(

),(),(

2

2

2

22

21

1

2

QxF

QxFAQxR

D

A

A

F

„cieniowanie”

Modyfikacje rozkładów partonów dla jąder względem rozkładów dla „swobodnych” nukleonów:

Stosunek funkcji struktury:

x - ułamek pędu nukleonu niesiony przez „próbkowany” parton

Q2 – kwadrat przekazu czteropędu

10.x 12A

FR

3010 .. x

7030 .. x

1x

12A

FR

12A

FR

12A

FR

Mniejsze albo większe gęstości partonów dla jąder, zależnie od x:

• • • •

„antycieniowanie”

efekt EMC

wpływ ruchów Fermiego

21

Efekty „stanu początkowego” (II)Efekty „stanu początkowego” (II)

dla y 0Phys. Rev. D19 (1979) 764

3

pp3)α(p

3

pA3

dpσd

EAdp

σdE T

- widoczna zależność od typu cząstki

GeV27.4s

• dla dużych pT α(pT)>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)Efekty „stanu początkowego” (III)

CGCPhys. Rev. D68 (2003) 094013

Phys. Rev. D68 (2003) 054009

hep-ph/0307179

hep-ph/0402137

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 pT=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”Efekty „stanu końcowego”

Tłumienie dżetów („jet quenching”)

„jet quenching”

Phys. Lett.B243 (1990)432

Nucl.Phys.B420 (1994)583

Phys.Rev.D51(1995)3436Przewidywania 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 pT

Prawdopodobnie efekt ten powoduje, że przy enargiach RHIC (dla y=0) dla dużych pT RAuAu<1

24

RRABAB przy SPS przy SPS dla y 0 RAB

Problem: brak danych eksperymentalnych p+p przy energii SPS

Wyniki WA98 dla różnej centralności Pb+Pb → → π0 + X + X i i nowych danych nowych danych referencyjnych p+p referencyjnych p+p ::

dla dużych pT

zderzenia peryferyczne R>1

zderzenia centralne R=1

zderzenia bardzo centralne R<1

modele pQCD z tylko standardowymi efektami przewidują R>1

nucl-ex/0403055

Phys. Rev. C64 (2001) 034901 wzmocnienie produkcji dla dużych pT

RAB>1 (- model)

25

RRABAB przy RHIC - przy RHIC - dla energii 62.4 GeVdla energii 62.4 GeV

RAuAu

dla dużych pT:

zderzenia peryferyczne R>1

zderzenia centralne R=1

dla y 0 PHOBOS

nucl-ex/0405003

•

o

GeV62.4s

GeV200s

dla hadronów naładowanych

26

Gęstości energii:

RHIC > 5 GeV/fm3

SPS 2-3 GeV/fm3

Większe od εcrit na przejście do QGP

nucl-ex/0403055

R - zależność od energii (SPS, RHIC)R - zależność od energii (SPS, RHIC)

początki tłumienia produkcji cząstek z dużymi pT

występują już przy energii SPS !

27

R dla p+A przy SPSR dla p+A przy SPS A= Pb

dla midrapidity

oddziaływania centralne Ncoll=5.8

niestety tylko pT < 2 GeV/c

SPS RHIC

pT ~ 2 GeV/c

zależność od xF

zależność od typu cząstki

ze wzrostem xF RpPb maleje dla wszystkich pT

1RR0π

dAu

π

pPb

błędy syst. π , p: <5%, p: <15%, norm. ~6%-

RpPb

28

RRdAudAu vs. η vs. η

BRAHMS

2θtanlnη

dla hadronów

naładowanych

nucl-ex/0403052

...okazuje się, że przy RHIC podobne zachowanie dla

RdAu

zachowanie RdAu w funkcji η zgodne z Color Glass Condensate (CGC)

29

R dla d+Au - ewolucja z η i z centralnościąR dla d+Au - ewolucja z η i z centralnością

zależność od η i centralności zderzenia zgodna z przewidywaniami Color Glass Condensate (CGC)

nucl-ex/0403052

BRAHMS


RHIC

GeV200s

2θtanlnη

RCP

30

Interesujące obserwacje już przy SPS:

dla zderzeń bardzo centralnych Pb+Pb: RPbPb<1 (tłumienie dżetów?)

dla zderzeń centralnych p+Pb: ze wzrostem xF RpPb(pT) maleje (CGC?)

ale także ...

ewolucja korelacji < pT> - xF w zależności od Nw i ע -zachowanie dla dużych xF

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

PodsumowaniePodsumowanie

31

ZapasZapas

32

Detektor CDDetektor CD

„szare” protony wybite z jądrapęd 0.15 < plab < 1.0 GeV/c

Detektor w kształcie cylindra:

wysokość 20cm

średnica 16cmCentralność zderzenia

Symulacja (model Glaubera + odpowiedź detektora) pozwala powiązać liczbę „szarych” protonów z parametrem zderzenia b, liczbą oddziaływań pocisku ע lub liczbą „zranionych” nukleonów Nw

33

Akceptacja geometryczna NA49Akceptacja geometryczna NA49

dla protonów, √s=17.3GeV

pełen kąt Φ

|Φ| < 90O

|Φ| < 50O

34

Różnica pomiędzy y i xRóżnica pomiędzy y i xFF

dla protonów, √s=17.3GeV

35

Korelacje <pKorelacje <pTT> - y> - y

L

L

pEpE

ln21

y

β1β1

ln21

yy LABCM

36

dla y 0

RRABAB przy SPS - dla lekkich systemów przy SPS - dla lekkich systemów

RAB

GeV20s

Phys. Rev. C64 (2001) 034901

wzmocnienie produkcji dla dużych pT RAB>1

• dane nie najlepszej jakości

• nie badana zależność od typu cząstki

Ale...

37

RRAuAuAuAu vs. vs. ηη

nucl-ex/0307003 BRAHMS

RHIC

GeV200s

2θtanlnη


zachowanie podobne dla η=0 i η=2.2

38

Korelacje <pKorelacje <pT T > - x> - xF F

AA@158GeV

: wzrost <pT> dla wszystkich xF π: bardziej skomplikowana zależność od ע

ważny skład nukleonowy jąder(?)

dane„odniesienia”: nie same p+p

pp,


Documents

Plan seminarium