Tökéletes folyadék a RHIC gyorsítónál

Tökéletes folyadék a Tökéletes folyadék a RHIC gyorsítónálRHIC gyorsítónál

Csanád Máté (PhD hallgató, ELTE)Csanád Máté (PhD hallgató, ELTE)Témavezetők: Témavezetők:

Csörgő Tamás (KFKI RMKI), Roy Lacey (Stony Csörgő Tamás (KFKI RMKI), Roy Lacey (Stony Brook)Brook)

és Kiss Ádám (ELTE)és Kiss Ádám (ELTE)

MTA osztályülés:MTA osztályülés:A fizika fejlődési irányaiA fizika fejlődési irányai

2006. május 10.2006. május 10.

2/26Csanád Máté, MTA Közgyűlés 2006Csanád Máté, MTA Közgyűlés 2006

A részecskék Standard ModelljeA részecskék Standard Modellje• Elektron elemi részecskeElektron elemi részecske• Proton, neutron, hadronok nem azok Proton, neutron, hadronok nem azok kvarkok kvarkok• Három kölcsönhatás, közvetítő bozonokHárom kölcsönhatás, közvetítő bozonok

• Erős, gyenge, elektromágneses töltésErős, gyenge, elektromágneses töltés• Erős töltés: szín Erős töltés: szín QCD: kvantum-szín-dinamika QCD: kvantum-szín-dinamika

uup

ccharm

ttop

ddown

sstrange

bbottom

eelectron neutrino

muon

neutrino

tau

neutrino

eelectron

muon

tau

kvar

kok

lept

onok

fermionokg

gluon

photon

ZZ boson

WW boson

bozonok

kölcsönh.

erős

elek

tro-

mág

nese

sgy

enge


Mit, miért és hogyan?Mit, miért és hogyan?• Elméleti igény: QCD fázisszerkezete, az Elméleti igény: QCD fázisszerkezete, az

ősrobbanáshoz hasonló körülmények vizsgálataősrobbanáshoz hasonló körülmények vizsgálata• A 2004-es fizikai Nobel-díj: QCD aszimptotikusan szabad A 2004-es fizikai Nobel-díj: QCD aszimptotikusan szabad

nagy hőmérsékleten gáz plazma, kvarkok és gluonok?nagy hőmérsékleten gáz plazma, kvarkok és gluonok?• Az elérhető legnagyobb hőmérséklet: nehézion ütközések!Az elérhető legnagyobb hőmérséklet: nehézion ütközések!

• Kísérlet: nehézionok ütköztetéseKísérlet: nehézionok ütköztetése• Kísérlet építése: óriási pénzügyi elkötelezettség (1Mrd USD Kísérlet építése: óriási pénzügyi elkötelezettség (1Mrd USD

főleg USA és Japán, de az egész világ vezető országai)főleg USA és Japán, de az egész világ vezető országai)• BNL (USA): 2000-től, Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC)BNL (USA): 2000-től, Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC)• CERN (Európa): 2007-től, Large Hadron Collider (LHC)CERN (Európa): 2007-től, Large Hadron Collider (LHC)

Lásd Vesztergombi György: ALICE a TeVek országábanLásd Vesztergombi György: ALICE a TeVek országában


A QCD fázisdiagramjaA QCD fázisdiagramja• Új halmazállapot(ok?)Új halmazállapot(ok?)• Hadronok Hadronok QCD plazma? QCD plazma?

• Elméleti számítások: Elméleti számítások: TTcc=176±3MeV (~2 =176±3MeV (~2 terakelvin)terakelvin)(hep-ph/0511166)(hep-ph/0511166)

Tc


A A Nagy BummNagy Bumm• Korai univerzum: Korai univerzum:

forró, táguló forró, táguló rendszerrendszer

• Kvarkanyag, kvark-Kvarkanyag, kvark-gluon plazmagluon plazma

• Protonok, neutronok Protonok, neutronok kifagyásakifagyása


Nehézion-ütközések: Kis BummNehézion-ütközések: Kis Bumm• Nukleon-Nukleon-olvasztásolvasztás• Kvarkok bezárása ill. Kvarkok bezárása ill.

kiszabadításakiszabadítása• Hasonlat: jégből víz Hasonlat: jégből víz vagyvagy gőz gőz

• Szárazjég? Vízjég?Szárazjég? Vízjég?• Nagy energiájú ütközéssel Nagy energiájú ütközéssel

mindemindezz elérhető (?) elérhető (?)

• Nehézionok Nehézionok ütközése: forró, ütközése: forró, táguló rendszertáguló rendszer

• Elég forró? Régi-Elég forró? Régi-új anyag?új anyag?


Kutatási helyszínek: CERNKutatási helyszínek: CERN• SPS: SPS: Pb+Pb @ EPb+Pb @ Ecmscms = = 1717 GeV GeV/nukleon (17 AGeV)/nukleon (17 AGeV)

• h+p, p+p, p+h+p, p+p, p+PbPb, , PbPb++PbPb ütközések ütközések• 77++ k kíísérleti együttműködés: NA44, NA45, NA49, NA50, sérleti együttműködés: NA44, NA45, NA49, NA50,

NA52, NA57, NA52, NA57, NA60, NA60, WA98WA98• KFKI-ELTE részvétel az NA49 kKFKI-ELTE részvétel az NA49 kíísérletben sérletben

• LHCLHC• 2007: főleg p+p fizika; ALICE, ATLAS, CMS, LHCb, TOTEM2007: főleg p+p fizika; ALICE, ATLAS, CMS, LHCb, TOTEM• 2008: nehézionfizika program is indul; ALICE, CMS,...2008: nehézionfizika program is indul; ALICE, CMS,...


Kutatási helyszínek: BNLKutatási helyszínek: BNL• RHIC: RHIC: Au+Au @ EAu+Au @ Ecms cms = = 200200 AAGeGeVV

• Au+AuAu+Au, Cu+Cu,, Cu+Cu, ppp+pp+ppp,, d+Aud+Au ütközésekütközések• 4 k4 kíísérleti együttműködés:sérleti együttműködés:

BRAHMS, PHENIX, PHOBOS, STARBRAHMS, PHENIX, PHOBOS, STAR• Magyar részvétel a PHENIXMagyar részvétel a PHENIX-ben:-ben:

• KFKI: KFKI: Csörgő T.Csörgő T., , Hidas P., Hidas P., Ster A.Ster A., , Sziklai J.Sziklai J.,, Zimányi J. Zimányi J., , • ELTE: ELTE: Kiss Á.Kiss Á., , Csanád M.Csanád M., Deák F., Deák F.• DDEE: : Dávid GDávid G.., , Tarján P.Tarján P., , Imrek J.Imrek J., , Vértesi R.Vértesi R., ,

Veszprémi V.Veszprémi V.Elfogadott Elfogadott fejlesztési fejlesztési

programok:programok:


PHENIXPHENIX• Fotonok, elektronok, müonok, hadronokFotonok, elektronok, müonok, hadronok

azonosításaazonosítása• A reakció összes szakaszának vizsgálataA reakció összes szakaszának vizsgálata• Áthatoló próbák: korai állapotot tükrözikÁthatoló próbák: korai állapotot tükrözik• Hadronok: kifagyáskori állapotHadronok: kifagyáskori állapot


A PHENIX csoportA PHENIX csoport


1. mérföldkő: új jelenség1. mérföldkő: új jelenség

• Nagy transzverz impulzusú részecskék elnyomása: Nagy transzverz impulzusú részecskék elnyomása: PHENIX eredmény a Physical Review Letters címlapjánPHENIX eredmény a Physical Review Letters címlapján

• Az első nagy tudományos elismerés, az első Az első nagy tudományos elismerés, az első magyarországi szerzővel: Ster Andrásmagyarországi szerzővel: Ster András


2. mérföldkő: új anyagfajta2. mérföldkő: új anyagfajta• d+Au d+Au

ütközésekben nem ütközésekben nem megfigyelhető az új megfigyelhető az új jelenségjelenség

• Nem az Au mag Nem az Au mag szerkezetmódosulászerkezetmódosulásasa

• Au+Au: új anyagAu+Au: új anyag

• PHENIX-PHENIX-Magyarország Magyarország együttműködés: 10 együttműködés: 10 magyar a PHENIX magyar a PHENIX szerzői listánszerzői listán


Top Story 2005Top Story 2005

PHENIXPHENIX: : 3x AIP Top Physics Story 3x AIP Top Physics StoryRHIC első éveit összegző cikkek: Top Physics Story RHIC első éveit összegző cikkek: Top Physics Story #1 2005#1 2005http://arxiv.org/abs/nucl-ex/0410003http://arxiv.org/abs/nucl-ex/0410003, 153 hivatkozás (2006. május 10.), 153 hivatkozás (2006. május 10.)

Amerikai Fizikai Intézet: 2005 lefontosabb Amerikai Fizikai Intézet: 2005 lefontosabb eseménye!eseménye!


A részecskesugarak A részecskesugarak elnyelődéseelnyelődése

• Nagy energiájú részecskesugarak Nagy energiájú részecskesugarak elnyelődése:elnyelődése:jet-quenching jet-quenching sűrű, erősen kölcsönható sűrű, erősen kölcsönható (ragacsos) anyag(ragacsos) anyag

• Ellenpróba (d+Au) és referencia (p+p) döntőEllenpróba (d+Au) és referencia (p+p) döntő


Nukleáris modifikáció Nukleáris modifikáció (PHENIX)(PHENIX)

• EEllentétes függés az ütközés frontálisságátólllentétes függés az ütközés frontálisságától• d+Au: Cronin-effektus (részecskék újraszóródnak d+Au: Cronin-effektus (részecskék újraszóródnak növekmény) növekmény)• Au+Au: Új jelenség: elnyelődnek a nagyenergiás részecskék (jetek)Au+Au: Új jelenség: elnyelődnek a nagyenergiás részecskék (jetek)

• KKeletkező új anyageletkező új anyag: részecskesugarak elnyelése (jet : részecskesugarak elnyelése (jet quenching)quenching)

AB binary ABAB

pp

Yield NR

Yield/


SzögeloszlásokSzögeloszlások (STAR) (STAR)

• Kifutó irány: p+p, d+Au, Au+Au hasonlóan viselkedikKifutó irány: p+p, d+Au, Au+Au hasonlóan viselkedik• Befutó irány: Au+Au-ban elnyelődés, p+p és d+Au-ban Befutó irány: Au+Au-ban elnyelődés, p+p és d+Au-ban

nincsnincs• A befutó részecskesugarak elnyelődése a frontális A befutó részecskesugarak elnyelődése a frontális

Au+Au ütközésekben létrejövő új anyagonAu+Au ütközésekben létrejövő új anyagon

pedestal and flow subtracted

• Nagyenergiás részecskesugarak szögkülönbség-eloszlásaNagyenergiás részecskesugarak szögkülönbség-eloszlásadNd

17/26Csanád Máté, MTA Közgyűlés 2006Csanád Máté, MTA Közgyűlés 2006M. Csanád, T. Csörgő, A. Ster et al. M. Csanád, T. Csörgő, A. Ster et al. http://arXiv.org/abs/nucl-th/0512078http://arXiv.org/abs/nucl-th/0512078

Elliptikus folyás (vElliptikus folyás (v22))

tn t

nt

2t

2t0

dn(p , ,y) =1+2 v (p )cos(n )dp d dy

dn(p , ,y)v cos(2 )dp d dy

• Ritka gáz esetében vRitka gáz esetében v22 nulla nulla

• Hidrodinamikai viselkedés: Hidrodinamikai viselkedés: vv22 > 0 > 0


Kísérleti tapasztalatok Kísérleti tapasztalatok összegzéseösszegzése

• Részecskesugarak elnyelődése, d+Au Részecskesugarak elnyelődése, d+Au ellenpróba: új anyagellenpróba: új anyag

• Elliptikus folyás: ez az új anyag folyadékElliptikus folyás: ez az új anyag folyadék• Sikertelen számítások viszkózus modellekkelSikertelen számítások viszkózus modellekkel• Siker elhanyagolható viszkozitás mellettSiker elhanyagolható viszkozitás mellett

• HasonlatHasonlat• Egyszerre kiszabaduló sok rabEgyszerre kiszabaduló sok rab• Kis térrész, „tolongás”, gyakori kölcsönhatások, Kis térrész, „tolongás”, gyakori kölcsönhatások,

termalizáció, folyadék-viselkedés!termalizáció, folyadék-viselkedés!• A tökéletes meglepetés: a felfedezett új A tökéletes meglepetés: a felfedezett új

anyag tökéletes folyadékanyag tökéletes folyadék(nincs viszkozitása és hővezetése)(nincs viszkozitása és hővezetése)


Elméleti eredmények (hidro)Elméleti eredmények (hidro)

spectrav2

Csanád, Csörgő, Csanád, Csörgő, Ster, nucl-th/0310040Ster, nucl-th/0310040, , nucl-thnucl-th//0311102, nucl-th/04030740311102, nucl-th/0403074

spectra

v2

• TérfogatTérfogat 1/8 részében 2.3 terakelvin 1/8 részében 2.3 terakelvin (2 terakelvin felett olvadás) (2 terakelvin felett olvadás)• Kezdeti szakaszban 5 terakelvinKezdeti szakaszban 5 terakelvin• Ezen a hőmérsékleten nem gáz, hanem folyadék!Ezen a hőmérsékleten nem gáz, hanem folyadék!


Hidrodinamikai kép jelentős Hidrodinamikai kép jelentős sikeresikere

• Korai jóslat: nagy Korai jóslat: nagy asszimetriaasszimetria

• Buda-Lund hidro: Buda-Lund hidro: skálaviselkedése, kis skálaviselkedése, kis asszimetriaasszimetria

• Hirtelen hadronizáció jóslataHirtelen hadronizáció jóslata• Több mint 50 modell Több mint 50 modell

képtelen volt leírni képtelen volt leírni (utólag!!)(utólag!!)

• Elsőrendű fázisátalakulás is Elsőrendű fázisátalakulás is kizárhatókizárható

Csörgő, Csernai (Phys.Lett.B333:494-Csörgő, Csernai (Phys.Lett.B333:494-499,1994)499,1994)Csörgő, Lörstad (Phys.Rev.C54:1390-Csörgő, Lörstad (Phys.Rev.C54:1390-1403,1996)1403,1996)

• Hanbury-Brown és Twiss: kvantumoptika a Hanbury-Brown és Twiss: kvantumoptika a forrásméret mérésére forrásméret mérésére HBT sugarak HBT sugarak


Univerzális skálázásUniverzális skálázás• Buda-Lund hidro: Buda-Lund hidro:

skálafüggvény skálafüggvény jóslata (2003)jóslata (2003)

• PHENIX (2005), PHENIX (2005), PHOBOS (2006) és PHOBOS (2006) és STAR (2005) STAR (2005) adatok adatok egybeesnekegybeesnek

• Tökéletes Tökéletes folyadékból folyadékból kapott jóslat kapott jóslat TELJESÜL!TELJESÜL!

Csanád, Csörgő, Lörstad, Ster (Nucl. Phys. A742:80-94,2004)Csanád, Csörgő, Lörstad, Ster (Nucl. Phys. A742:80-94,2004)Csanád, Csörgő, Lörstad, Ster et al. Csanád, Csörgő, Lörstad, Ster et al. nucl-th/0512078nucl-th/0512078

I1/I0


A skálázás sérüléseA skálázás sérülése

• Hidrodinamikai Hidrodinamikai skálázás sérül skálázás sérül kvark kvark szám skálázás kezdődikszám skálázás kezdődik

0 1 2 3 4 5

v 2

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30 s 200 GeVNNAu Au

0SKp

fsTy

5 < Centrality < 30 %

K

(STAR)

(PHENIX)(STAR)

(PHENIX)(PHENIX)

• Kvarkok folyadéka! (részletes analízis még hátravan)Kvarkok folyadéka! (részletes analízis még hátravan)• R. Lacey, R. Lacey, nucl-ex/0510029nucl-ex/0510029 és M. Oldenburg, és M. Oldenburg, nucl-ex/0510026nucl-ex/0510026

Kvarkanyag 2005 világkonferencia BudapestenKvarkanyag 2005 világkonferencia Budapesten


ÚjabbÚjabb várható várható mérföldkövek mérföldkövek• Az új anyag mélyebb ismerete komoly Az új anyag mélyebb ismerete komoly

kísérleti kihívás, de belátható közelségben:kísérleti kihívás, de belátható közelségben:• Mik hordozzák a szabadsági fokokat?Mik hordozzák a szabadsági fokokat?• Tömeges kvarkok és gluonok? Királis szimmetria?Tömeges kvarkok és gluonok? Királis szimmetria?• Állapotegyenlet?Állapotegyenlet?• Fázisátmenet rendje? Folytonos átmenet (crossover)?Fázisátmenet rendje? Folytonos átmenet (crossover)?

• Új adatokra, a megértés mélyebb és Új adatokra, a megértés mélyebb és szélesebb szintjére van szükségszélesebb szintjére van szükség (Run-5, Run- (Run-5, Run-6, …)6, …)

• ÉrdekességekÉrdekességek, továbbfejlesztések, továbbfejlesztések::• Honnan ered a proton spinje?Honnan ered a proton spinje? SSpin fizika a RHIC–nélpin fizika a RHIC–nél• Magasabb luminozitás: RHIC IIMagasabb luminozitás: RHIC II• A QCD újA QCD újabbabb fázisainak vizsgálatafázisainak vizsgálata: eRHIC: eRHIC (e+p) (e+p)

• CGC: Színes (gluon)üveg kondenzátumCGC: Színes (gluon)üveg kondenzátum


KonklúzióKonklúzió• Tökéletes folyadék halmazállapot Tökéletes folyadék halmazállapot

létrehozása a RHIC Au+Au ütközésekbenlétrehozása a RHIC Au+Au ütközésekben• PHENIX mostantól igazán produktívPHENIX mostantól igazán produktív

• PHENIX (RHIC) még min. 10 évig PHENIX (RHIC) még min. 10 évig meghatározómeghatározó

• 2008-tól LHC Pb+Pb, 2009-től eredmények2008-tól LHC Pb+Pb, 2009-től eredmények• A felfedezések korának kapuja kitárult a A felfedezések korának kapuja kitárult a

magyar diákok és kutatók számára is!magyar diákok és kutatók számára is!


Az új anyag megolvasztja Az új anyag megolvasztja és újragenerálja aés újragenerálja a J/ J/ részecskéketrészecskéket

PHENIX összefoglaló, Kvarkanyag PHENIX összefoglaló, Kvarkanyag ‘05‘05

Az új Az új anyag anyag sűrűsűrű

Az anyag erősen Az anyag erősen csatoltcsatolt

Az új anyag forróAz új anyag forró

Az új anyag Az új anyag módosítja a módosítja a jeteketjeteket

Kísérlet és elmélet Kísérlet és elmélet vállvetve megmérheti vállvetve megmérheti is kiszámolhatja az új is kiszámolhatja az új anyag tulajdonságaitanyag tulajdonságait

Visszautasíthatatlan ajánlat!!Visszautasíthatatlan ajánlat!!


Köszönetnyilvánítás:Köszönetnyilvánítás: MTA OTKAMTA OTKA Amerikai - Magyar Fulbright Amerikai - Magyar Fulbright

AlapítványAlapítvány NATO CLG programNATO CLG program

Köszönöm a figyelmetKöszönöm a figyelmet



•Gyorsító adatok:Gyorsító adatok:körív:körív: 3.8 km 3.8 km cms energia:cms energia: 19-500 AGeV 19-500 AGeV sebesség: sebesség: 99.995% c99.995% cfelhasznál:felhasznál: protonok, deutérium, réz és arany atommagokprotonok, deutérium, réz és arany atommagoknyalábok:nyalábok: 2 szembemenő nyaláb, mindegyikben ~120 2 szembemenő nyaláb, mindegyikben ~120 „csomag”„csomag”luminozitás:luminozitás: 2 x 102 x 102626cmcm-2-2 s s-1-1 (Au+Au, 106 ns átfedésekkel) (Au+Au, 106 ns átfedésekkel)előállít:előállít: több ezer új részecskét ütközésenkénttöbb ezer új részecskét ütközésenkénthőmérséklet:hőmérséklet: trillió Ktrillió Kalapanyag:alapanyag: 20 év alatt 1 gramm arany20 év alatt 1 gramm aranyüzemel:üzemel: 2000-től2000-tőlLHC (CERN)LHC (CERN) 2007-től2007-től

körív:körív: 27 km (LEP átalakítva)27 km (LEP átalakítva)energia:energia: 14 ATeV14 ATeV

(korábban:(korábban: fix target, SPS: Efix target, SPS: Ecmscms ~ 17 AGeV Pb+Pb) ~ 17 AGeV Pb+Pb)

KísérletekKísérletek


http://arxiv.org/abs/nucl-ex/0410003128 hivatkozás (2006. február 21)

SajtóanyagokSajtóanyagok


SajtóanyagokSajtóanyagok


Kísérleti módszerKísérleti módszer

Új anyag?Új anyag?

elnyelés elnyelés közegbenközegben

Mi lehetne referenciaMi lehetne referencia? ? Kapcsoljuk ki a közeget Kapcsoljuk ki a közeget d+Au ütközésekd+Au ütközések

A A „„befutó” sugár befutó” sugár elnyelelnyelőődikdik

A A „„kifutókifutó”” részecskesugár részecskesugár nem nyenem nyelőlődik eldik el


How analytic hydro worksHow analytic hydro works

Scheme works also backwordsScheme works also backwords**

**For a certain time-intervalFor a certain time-interval

pT

pnvvvpTv

nv

t

t

t

23

1)()(

0)(

Hydro equations + Hydro equations + EoSEoS

Phase-space Phase-space distribution distribution Boltzmann-equationBoltzmann-equation

),(),()(

)(exp)(~),(2

pxSpxfvkTmvpxnpxf

t

SourceSourceS(x,p)S(x,p)

PPRRC67:034904,20C67:034904,200303 hep-ph/0108067 hep-ph/0108067

Self-similar Self-similar solution:solution:

PLB505:64-PLB505:64-70,200170,2001 hep-hep-ph/0012127ph/0012127 )(),(),(),( xvxTxnxp

ObservablesObservablesNN11(p), C(p), C22(p(p11,p,p22), v), v22(p)(p)

PPRRC54:1390-C54:1390-1403,19961403,1996 hep-ph/9509213hep-ph/9509213


Sensitivity to the Sensitivity to the EoSEoS

• Different initial conditions, different equation of stateDifferent initial conditions, different equation of state but exactly the same hadronic final state possible. (!!)but exactly the same hadronic final state possible. (!!)

• This is an exact, analytic result in hydro( !!)This is an exact, analytic result in hydro( !!)

ccss22 = 2/3 = 2/3 ccss

22 = 1/3 = 1/3


Buda-Lund hydroBuda-Lund hydro• 3D expansion, symmetry3D expansion, symmetry

• Local thermal equilibriumLocal thermal equilibrium

• Analytic expressions for the Analytic expressions for the observables (no numerical simulations, observables (no numerical simulations, but formulas)but formulas)

• Reproduces known exact hydro Reproduces known exact hydro solutions (nonrelativistic, Hubble, solutions (nonrelativistic, Hubble, Bjorken limit)Bjorken limit)

• Core-halo pictureCore-halo picture


A useful analogyA useful analogy

• CoreCore SunSun• HaloHalo Solar windSolar wind• TT0,RHIC0,RHIC TT0,SUN 0,SUN 16 million K 16 million K • TTsurface,RHICsurface,RHIC TTsurface,SUN surface,SUN 6000 K 6000 K• RRGG Geometrical sizeGeometrical size• 00 Radiation lifetime Radiation lifetime • <<tt>> Radial flow of surface (~0)Radial flow of surface (~0)• Longitudinal expansion Longitudinal expansion

((~~0)0)

Fireball at RHICFireball at RHIC Fireball SunFireball Sun

36/26Csanád Máté, MTA Közgyűlés 2006Csanád Máté, MTA Közgyűlés 2006M.Cs., T.Csörgő, A. Ster, B. Lörstad: M.Cs., T.Csörgő, A. Ster, B. Lörstad: Quark Matter 2004,Quark Matter 2004, J.Phys.G30: S1079-J.Phys.G30: S1079-

S1082,2004S1082,2004; ; nucl-th/0403074nucl-th/0403074

Buda-Lund fit resultsBuda-Lund fit results• TT00>T>Tcc by 2-5 by 2-5 , , indication indication

for deconfinement for deconfinement in in Au+Au and p+p, based on Au+Au and p+p, based on lattice QCD (Tlattice QCD (Tcc162MeV)162MeV)

• Finite RFinite Rss at the freeze-out at the freeze-out not phase transition, not phase transition, crossovercrossover

• No radial flow in p+p No radial flow in p+p 1D Hubble, spectra slope 1D Hubble, spectra slope T T00

• 3D Hubble flow in Au+Au3D Hubble flow in Au+Au (1/(1/00 u utt’/R’/Rss))

• CERN SPSCERN SPS also fitted, but also fitted, but TT00<T<Tcc there! there!

T. Csörgő, M.Cs., B. Lörstad, A. Ster: T. Csörgő, M.Cs., B. Lörstad, A. Ster: WWND’04WWND’04, , Submitted to Heavy Ion Physics; hep-Submitted to Heavy Ion Physics; hep-ph/0406042ph/0406042


Big Bang vs. Little BangBig Bang vs. Little Bang• Developed Developed Hubble-flowHubble-flow at RHIC and in the Universe at RHIC and in the Universe

• Universality of the Hubble expansion:Universality of the Hubble expansion: u u= H= Hrr

• Hubble constant of the Hubble constant of the UniverseUniverse::• HH00= (71= (71 ±± 7) km/sec/Mpc7) km/sec/Mpc• converted to SI units:converted to SI units: HH00= (2.3 ± 0.2)×10= (2.3 ± 0.2)×10-18-18 sec sec-1-1

• Hubble constant in Hubble constant in Au+Au collisionsAu+Au collisions at 200 GeV at 200 GeV • HHRHIC,RHIC,longlong = <u = <utt’>/R’>/Rss (3.8 ± 0.4)×10 (3.8 ± 0.4)×102222 sec sec-1-1

• HHRHIC,RHIC,transtrans = 1/ = 1/00 (5.1 ± 0.1)×10 (5.1 ± 0.1)×102222 sec sec-1-1

• Ratio of expansion rates:Ratio of expansion rates:• HHRHICRHIC / H / H00 2×10 2×104040

• Really equals approx. the Really equals approx. the ratio of the ages!ratio of the ages! • 15×1015×1099 yrs vs yrs vs.. 7fm/c 7fm/c


Ellipsoidal generalizationEllipsoidal generalization• Axially symmetric case: RAxially symmetric case: RGG, u, utt

Z,Y,X• Main axes of expanding ellipsoid:Main axes of expanding ellipsoid:Z,Y,X • 3D expansion, 3 expansion rates:3D expansion, 3 expansion rates:

22

22

p YXYX

• Introducing momentum-space eccentricity:Introducing momentum-space eccentricity:

X)(X • Hubble type of expansion:Hubble type of expansion:

Z• Additionally:Additionally:p• Aprroximation:Aprroximation:

M.Cs., T.Csörgő, B. Lörstad: M.Cs., T.Csörgő, B. Lörstad: Nucl.Phys.A742:80-94,2004Nucl.Phys.A742:80-94,2004; ; nucl-th/0310040nucl-th/0310040


‘‘Friedmann-equation’ ofFriedmann-equation’ ofheavy ion physicsheavy ion physics

• This relates to the following Hamiltonian:This relates to the following Hamiltonian:

constXYZZYXT2

3)ZYX(2mE

2sc

0000

222

• Direction-dependent Hubble-Direction-dependent Hubble-flow:flow:

ZZH,Y

YH,XXH zyx

• From the hydro solution of the From the hydro solution of the expanding ellipsoid:expanding ellipsoid: 2

sc0000

XYZZYX

mTZZYYXX


The elliptic flowThe elliptic flow

• Pseudorapidity dependence mostly not Pseudorapidity dependence mostly not understood (except see Hama/SPHERIO)understood (except see Hama/SPHERIO)

• Depends on pseudorapidity and Depends on pseudorapidity and transverse momentum transverse momentum

• The m-th Fourier component is the m-th The m-th Fourier component is the m-th flowflow

• One-particle spectrum:One-particle spectrum:


Universal scalingUniversal scaling• Scale parameter wScale parameter w

The perfect fluid The perfect fluid extends from extends from very small to very small to very large very large rapidities at rapidities at RHICRHIC


Thanks for your attentionThanks for your attention

Spare slides coming …Spare slides coming …


Nonrelativistic hydrodynamicsNonrelativistic hydrodynamics• Equations of nonrelativistic hydro:Equations of nonrelativistic hydro:

• Not closed, EoS needed:Not closed, EoS needed:

• We use the following scaling variable:We use the following scaling variable:

• X, Y and Z are characteristic scales, depend on (proper-) X, Y and Z are characteristic scales, depend on (proper-) timetime


A nonrelativistic solution A nonrelativistic solution • A general group of scale-invariant solutions (hep-ph/0111139):A general group of scale-invariant solutions (hep-ph/0111139):

• This is a solution, if the scales fulfill:This is a solution, if the scales fulfill:

(s)(s) is arbitrary, e.g. is arbitrary, e.g. constant constant gaussian, or: gaussian, or: Buda-LundBuda-Lund Bondorf-Zimanyi-GarpmanBondorf-Zimanyi-Garpman


Some numeric results from Some numeric results from hydrohydro• Propagate the hydro solution Propagate the hydro solution

in time numerically:in time numerically:


Time dependence Time dependence

• Blastwave or Cracow model type of cooling vs Blastwave or Cracow model type of cooling vs Buda-Lund cooling, cBuda-Lund cooling, css

22= 2/3, half freeze-out time= 2/3, half freeze-out timesee: see: http://csanad.web.elte.hu/phys/3danim/http://csanad.web.elte.hu/phys/3danim/


A relativistic solution A relativistic solution • Relativistic hydro:Relativistic hydro:

withwith• A general group of solutions A general group of solutions

(nucl-th/0306004):(nucl-th/0306004):

• Overcomes two shortcomings of Overcomes two shortcomings of Bjorken’s solution:Bjorken’s solution:• Rapidity distributionRapidity distribution• Transverse flowTransverse flow

• Hubble flow Hubble flow lack of acceleration lack of acceleration


Társadalmi visszhangTársadalmi visszhang• Big Bang machine gets down to workBig Bang machine gets down to work

MSNBC News, 2000. jún. 14MSNBC News, 2000. jún. 14..,, http://www.msnbc.com/news/314049.asp?cp1=1http://www.msnbc.com/news/314049.asp?cp1=1

• The Matter of the Big BangThe Matter of the Big BangTimes of India, 2000. jún. 25Times of India, 2000. jún. 25 http://timesofindia.indiatimes.com/cms.dll/html/uncomp/articleshow?msid=31830http://timesofindia.indiatimes.com/cms.dll/html/uncomp/articleshow?msid=31830

• 'Little' Big Bang stumps scientist'Little' Big Bang stumps scientistCNN, 2002CNN, 2002.. nov. 20 nov. 20.. http://www.cnn.com/2002/TECH/space/11/13/little.bang/http://www.cnn.com/2002/TECH/space/11/13/little.bang/

• In a Lab on Long Island, a Visit to the Big BangIn a Lab on Long Island, a Visit to the Big BangNew York Times, 2003New York Times, 2003.. jan. 14. jan. 14.

• Scientists Report Hottest, Densest Matter Scientists Report Hottest, Densest Matter Ever Observed Ever Observed New York Times, 2003New York Times, 2003.. jún. 19. jún. 19. http://www.nytimes.com/2003/06/19/science/19PLAS.html http://www.nytimes.com/2003/06/19/science/19PLAS.html

• RHIC unveils new resultsRHIC unveils new results PhysicsWeb, 2003PhysicsWeb, 2003.. jún. 19. jún. 19. http://physicsweb.org/article/news/7/6/14http://physicsweb.org/article/news/7/6/14


Magyar részvételMagyar részvétel• Megalakult a PHENIX-Magyarország, 10 magyar Megalakult a PHENIX-Magyarország, 10 magyar

a PHENIX cikkekena PHENIX cikkeken• Debrecen: 1996 óta, Debrecen: 1996 óta,

• Dávid Gábor: ős-PHENIXesDávid Gábor: ős-PHENIXes• Tarján Péter, Vértesi Róbert, Imrek József: sok fiatal diákTarján Péter, Vértesi Róbert, Imrek József: sok fiatal diák

• KFKI RMKI: 1998 ótaKFKI RMKI: 1998 óta• Columbia University - KFKI RMKI együttműködés, (Gyulassy Columbia University - KFKI RMKI együttműködés, (Gyulassy

M., B. Cole, W. A. Zajc)M., B. Cole, W. A. Zajc)• Csörgő Tamás: elméleti fizika felől nyitás a kísérletek feléCsörgő Tamás: elméleti fizika felől nyitás a kísérletek felé• Ster András: a kísérlet indulása óta részt vesz a mérésekbenSter András: a kísérlet indulása óta részt vesz a mérésekben• Speciális feladatok: frontalitás meghatározás (ZDC), Speciális feladatok: frontalitás meghatározás (ZDC),

korrelációk vizsgálata (HBT), végállapot rekonstrukciókorrelációk vizsgálata (HBT), végállapot rekonstrukció• Veres Gábor: PHOBOS és MITVeres Gábor: PHOBOS és MIT

• Azonosított részecskék analízise, trigger Azonosított részecskék analízise, trigger rendszerrendszer

• ELTE: szabad a pálya a magyar diákoknak!ELTE: szabad a pálya a magyar diákoknak!


A A brookhavenibrookhaveni komplexum komplexum


A 4 RHIC kisérletA 4 RHIC kisérlet

PHENIX: 13 ország, 62 intézet, 550 fő PHENIX: 13 ország, 62 intézet, 550 fő STAR: 12 ország, 51 intézet, 538 fő STAR: 12 ország, 51 intézet, 538 fő PHOBOS: 3 ország, 8 intézet, 116 főPHOBOS: 3 ország, 8 intézet, 116 főBRAHMS: 8 ország, 14 intézet, 51 főBRAHMS: 8 ország, 14 intézet, 51 fő


PHOBOSPHOBOS• Sok ütközés Sok ütközés

vizsgálatavizsgálata• Ritka, szokatlan Ritka, szokatlan

ütközések ütközések keresése: új fizika keresése: új fizika azonosításaazonosítása

• Fázisátmenet: Fázisátmenet: fluktuációk fluktuációk növekedésenövekedése

• Veres Gábor (MIT)Veres Gábor (MIT)


STARSTAR• Sok részecske Sok részecske

nyomon követésenyomon követése• Kvark-gluon plazma Kvark-gluon plazma

szignatúráját keresiszignatúráját keresi• Hadronok közötti Hadronok közötti

kölcsönhatás kölcsönhatás vizsgálatavizsgálata

• Molnár Levente Molnár Levente (Purdue University)(Purdue University)


BRAHMSBRAHMS• Broad RBroad RAAnge Hadron nge Hadron

Magnetic SpectrometerMagnetic Spectrometer• Töltött hadronok vizsgálataTöltött hadronok vizsgálata• KKét két keskeny eskeny

szögszögtartománytartomány• Precíz energiamérésPrecíz energiamérés

Documents

Tökéletes folyadék a RHIC gyorsítónál