P + p, Au + Au and d + Au at s= 200 ГэВ Эксперименты STAR,PHENIX, PHOBOS, BRAHMS Результаты на коллайдере RHIC 2000-2003 г.г. (По материалам QM-2002, CMS-HI. - презентация

1 p + p, Au + Au and d + Au at s= 200 ГэВ Эксперименты STAR,PHENIX, PHOBOS, BRAHMS Результаты на коллайдере RHIC г.г. (По материалам QM-2002, CMS-HI Delphy 2003, R.Baier et al. hep-ph/ ) В.Л. Коротких, декабрь 2003 г.

2 Введение Введение Столкновения тяжелых ионов могут пролить свет на природу КХД при высоких температурах и/или высоких плотностях материи. При энергиях SPS, s/A = 5 17 ГэВ, было 2 заметных эффекта в А+А соударениях: 1. Число мезонов J/ существенно меньше в центральных А+А столкновениях, чем в периферических или для малых А. 2. Число пар е + е превышает предсказания принятых адронных моделей. Эффект сильнее при более низких энергиях. В БНЛ на коллайдере RHIC проведены измерения при s/A = 55 ГэВ, 130 ГэВ (серия 1) s/A = 200 ГэВ (серия 2)

3 Заметно ожидаемое изменение от SPS до RHIC. При SPS Распределение по множественности в А+А имеет один пик при быстроте = 0. При энергиях появляется Центральное плато, в котором физика boos-инвариантна и не зависит от быстроты (приближенно). Возможно в Центральном плато образуется деконфаймированная материя с ненулевой температурой и почти нулевой кварк-антикварковой плотностью. Эксперименты на RHIC обнаружили довольно узкое Центральное плато шириной = 1 в области распределения частиц = 5. Даже без электромагнитных данных к настоящему времени имеется 4 значительных наблюдений в данных RHIC: p T 1. Подавление при высоких p T. Число частиц с p T p T = 2 10 ГэВ подавлено относительно числа частиц в p+p, умноженному на число бинарных NN столкновений. Подавление Приблизительно постоянно и равно фактору 2-3. Это совершенно Противоположно данным SPS, где число частиц с большими не подавляются, а усиливается в 2-3 раза из-за многократных Перерассеяний в ядре (эффект Кронина).

4 2. Эллиптический поток- изменение анизотропии импульсов частиц. Гидродинамика предсказывает линейный рост эллиптического p T p T потока с p T для пионов. На RHIC это видно до p T = 1.5 ГэВ, но в области p T p T = 2 6 ГэВ эллиптический поток выходит на константу, что противоречит гидродинамической модели. 3. HBT радиусы. Пионная интерферометрия дает измерение пространственных размеров системы. Гидродинамика предсказывает, что p T Соотношение двух размеров R out / R side больше единицы и будет расти с ростом p T. Вместо этого эксперимент обнаруживает, что R out / R side p T p T равен 1 при p T =0.4 ГэВ и уменьшается с ростом p T. HBT радиусы указывают на то, что адронизация происходит как «взрывная» волна. 4. Поглощение струй. При энергиях RHIC струи видны в р+р столкновениях. В А+А выделяются события с лидирующими частицами. Показано, что в центральных столкновениях подавлены события back-to-back? Т.е. имеется вещество, которое поглощает струи от двух партонов.

5 Таким образом, пришло волнующее время новых физических явлений. Имеется яркое согласие между различными экспериментами для многих измеряемых величин. Решающий прогресс сделан в точности измерений. Если бы точность была 30%, то множество теорий объясняли бы данные. Сейчас точность порядка 5%, что позволяет отбросить большинство из них. Эксперимент является триумфатором в настоящее время. Сделан вызов теоретикам – синтезировать все экспериментальные факты в рамках последовательного подхода. Представления, существовавшие до экспериментов на RHIC: большой рост множественности в А+А в сравнении с р+р, большие размеры адронной системы после вымораживания адронов, - не выжили. Отдельные модели могут объяснить некоторые аспекты данных RHIC, но ни один подход в настоящее время не объясняет все, что интересует физиков.

6

7 КХД фазовая диаграмма температура – плотность сильно-взаимодействующей материи

8 А-А столкновения А-А столкновения LOI of Proposal Compressed Baryonic Matter, CBM collaboration, 2004 Фазовая диаграмма КХД температура – химический потенциал сильно-взаимодействующей материи Красные точки –результат статистической Модели с отношением выхода частиц в Столкновениях тяжелых ионов. Розовая кривая – химическое выморажива- ние при постоянной плотности ( 0 =0.16 fm -3 ). Я кривая – фазовая граница в расчетах КХД на решетках с Т = 160 МэВ. Заштрихованння область – равновесная материя при высокой барионной плотности Фундаментальный интерес КХД при высоких барионных плотностях и астрофизики

9 Определение p z,y,, x F Away from mid-rapidity: Rapidity y: Generalized velocity Pseudorapidity ~y: easier to measure x F Feynman x F : scaled p z P Z = | p| cos ( ), m T = sqrt(m p T 2 )

10 А-А столкновения А-А столкновения

11 Рождение адронов в p+p и А+А столкновениях при s= 200 ГэВ Рождение адронов в p+p и А+А столкновениях при s= 200 ГэВ p T Зависимость от p T (безмодельное сравнение )

12 Сечение рождения 0 в p+p при s=200GeV и pQCD N(1+p T /p 0 ) – n, p 0 =1.22 GeV/c, n=9.99 PHENIX

13 Сравнение сеченний p + p 0, Au + Au 0 Периферические !!!Центральные столкновения !!!

14 А-А столкновения А-А столкновения

15 Широко используемое отношение в исследовании А+А столкновениях R AB (p T ) = d 2 N AB /dydp T d 2 N pp /dydp T - отношение выхода частиц в А+B и р+р столкновениях, отнесенное к нуклонной поперечной плотности в области геометрического «перекрытия» двух ядер. Оно измеряет отклонение АА данных от некогерентной суперпозиции NN столкновений - - среднее число NN столкновений. d 2 b T AA (b) / in (AA) ~ A 4/ среднее число «раненых» нуклонов или число участвующих нуклонов в А+B столкновении. d 2 b N part (b) / in (AA) ~ 2A Раненый нуклон -это нуклон в ядре А или В, испытавший хотя бы одно неупругое соударение.

16 Некогерентная сумма по NN - столкновениям ( R AA (p T ) = 1 ) Сечение процесса A + B a + X равно некогерентной суперпозиции сечений независимых NN – столкновений N + N a + X

17

18 Модель Глаубера, если f NN (q) - чисто мнимая

19 ~ A 2/3

20

21 = 1

22 Ratio pA and pp at SPS Above ~3, pion yields constant Central AA has ~5-6 per participant Scaling with N part Reduces leading particle effect Scaling with s counts # collisions N part = +1 pA collisions With increasing Proton stops (i.e. deposits energy) Pion yield saturates E910 NA49 SPS Relative yield of in pA/pp for y>0 NA49 (unpublished) CERN-SPSLC-P-264-ADD-5

23

24 А-А столкновения А-А столкновения

25

26 и и % geo / ( 6 7 )990.0 ( )2.85 (0.17) ( )783.7 ( )2.65 (0.17) ( )563.2 ( )2.43 (0.17) ( )355.0 ( )2.14 (0.17) ( )213.9 ( )1.86 (0.16) ( )91.8 ( )1.44 (0.14) ( 5 6 )20.0 ( 7 9 )0.96 (0.10) s NN = 200 GeV Monte Carlo Glauber Calculation, Au+Au 0 = nucleons/fm 3, r 0 = fm, c 0 = fm Woods-Saxon Parameters: Cross-sections: NN = 42 1 mb, geo = b

27 Отношение числа бинарных столкновений к числу пар раненых нуклонов для Au+Au inel =42 mb (RHIC) Glauber Monte Carlo inel =33 mb (SPS) inel =21 mb (AGS) Для центральных столкновений число пар раненых нуклонов (участников) в ~ 6 раз меньше, чем число бинарных столкновений при энергиях RHIC Backer, QM-2002

28 Аu-Аu столкновения, s Аu-Аu столкновения, s =130 GeV, | | < 0.5 S.Ullrich (STAR), nucl-ex/ Два расчета : a) с по Monte-Carlo (d NN > d min = 0.4 fm), b) с по аналитическим формулам - заметно отличаются. Параметризация плотности частиц по быстроте: Синяя линия – Kharzeev(PLB507(01)121), красная – Escola(NPB570(00)379)

29

30 А-А столкновения А-А столкновения s и Зависимость от энергии s и

31 e + e - measures dN/dy T (rapidity relative to thrust axis) Similarity of AA and e + e - at High Energy Similarity of AA and e + e - at High Energy 200 GeV

32 Particle density near midrapidity e + e - scales like AA near midrapidity (dN/dy T )

33 Сравнение множественности заряженных частиц к числу пар раненых нуклонов для «элементарных» и ядро- ядерных соударений в зависимости от энергии Сравнение множественности заряженных частиц к числу пар раненых нуклонов для «элементарных» и ядро- ядерных соударений в зависимости от энергии 1.При высоких энергиях результаты А+А совпадают с е + + е данными (случайность ?) (см. следующий слайд) 2. Не совпадают с р + р (полые s/2 квадратики), если брать s/2 s eff /2, 3. Совпадают, если брать s eff /2, где s eff где s eff вычисляется без энергии, уносимой лидирующими протонами (ромбики).

34 P T N ch s, Зависимость от N ch и от s, | | < 0.5 P T АА N ch 1.Только RQMD с перерассеяниями описывает рост АА с N ch, но не HIJING P T АА s P T АА 2. Промежуточный рост АА с s между е +е- и р+р, но нет роста АА для ГэВ S.Ullrich (STAR), nucl-ex/ Результат, независящий от расчета или !!!