Физика столкновений тяжелых ионов Емельянов В. М. Московский инженерно-физический институт (государственный университет) VRVS MEETING

2 Содержание Введение Фазовые переходы в сжатой и нагретой ядерной материи Пространственно-временная картина АА взаимодействий Уроки RHIC Столкновения тяжелых ионов на LHC Ультрапериферические столкновения на LHC Заключение

3 плотность энергии как функция температуры фазовая диаграмма состояния адронной материи Фазовые переходы в сжатой и нагретой ядерной материи

4 Пространственно-временная картина ядро-ядерных взаимодействий 197 Au z τ термализация КГП смешанная фаза адронная фаза

Сигналы нового состояния вещества Жесткие сигналы мягкие (адроны) (коллективные течения, корреляции, выходы странных частиц) жесткие сигналы («реликтовое излучение») (e + e -, γ, γγ, струи, J/ ψ подавление) 1. Дилептоны SPSRHIC Вывод: новый механизм генерации дилептонов на ранней стадии (кварк-антикварковая аннигиляция, восстановление киральной симметрии)

6 прямые фотоны КГП на RHIC D. dEnterria, D. Perresounko nucl-th/ thermal prompt DATA = prompt + thermal

4. Струи qq струя адронов Струя в адронной среде qq g qq g g … AA pp jet quenching выход подавлен дебаевский радиус экранирования

8 Корреляция подавления J/ψ и увеличения выхода странных частиц

Струи в Au+Au и d+Au и p+p нет подавления в p+p и d+Au in и out струи подавляются по разному!

Адронные пробники нового состояния вещества Коллективное течение азимутальный угол коэффициент Фурье b 0.5) p <1.5 ГэВ гидродинамика (отношение числа валентных кварков) v 2 описывается течением кварков и глюонов с очень малой вязкостью гидродинамика гидродинамика нарушена для

11 The ATLAS detector Hadronic Calorimeter Electromagnetic Calorimeter Inner Detectors Silicon Pixels Silicon Strips Transition Radiation Tracker Superconducting Solenoid Stand-alone μ-system Superconducting Coils for Toroidal Field for μ-spectrometer Length 44m Height 22m

12 ATLAS physics program Global variable measurement dN/dη dE T /dη elliptic flow azimuthal distributions Jet measurement and jet quenching Quarkonia suppression J/Ψ p-A physics Ultra-Peripheral Collisions (UPC) Idea: take full advantage of the large calorimeter and μ-spectrometer Direct information from QGP x z y

13 Acceptance

14 A few key numbers and maybe a plot. ~ 8,000 collisions per second luminosity ~ 10^27 cm-2s-1 1 month is 10^6 seconds implies possible samping of 10^10 min bias and 10^9 central Pb-Pb events. 5 bbar per central event. Direct photons --> With central barrel in one month running for central events: 1e3 counts at 60 GeV in 1 GeV pt bin! Jets --> B Jets--> ATLAS Physics Rates

15 Color screening prevents various ψ,, χ states to be formed when TT trans to QGP (color screening length < size of resonance) Quarkonia suppression Modification of the potential can be studied by a systematic measurement of heavy quarkonia states characterized by different binding energies and dissociation temperatures ~thermometer for the plasma Upsilon family (1s) (2s) (3s) Binding energies (GeV) Dissociation at the temperature ~2.5T trans ~0.9T trans ~0.7T trans =>Important to separate (1s) and (2s)

16 Ultraperipheral collisions The two nuclei geometrically miss each other –b > 2R A Ions are source of fields –photons s gg ~ Z 4 –pomerons s gp ~ Z 2 A 2 – for heavy states s gp ~ Z 2 A 5/3 - for lighter mesons Photon and pomeron can couple coherently to the nuclei if its have: Small transverse momentum: p T < h/R A ~ 90 MeV Maximum longitudinal component p L < gh/R A ~ 100 GeV A nuclear form factor, P b A A Pomeron carry the strong interaction but is colorless and it has the quantum number of the vacuum J P = 0 ++ Eγ ~ 3 (80) GeV at RHIC (LHC) Wγγ ~ 6 (160) GeV at RHIC (LHC)

17 u Vector mesons production (photon-pomeron interaction) σ(AA->AAY) = 150 m b L = 4*10 26 cm -2 s -1, H = 0.06 Hz, Br(Y- >mm) = 2.48% => ~1500 Y/month (month ~ 10 6 sec) Vector meson production r, w, F, J/ Y,Y Meson Au+Au, RHIC σ(mb) Pb+Pb, LHC σ(mb) J 32

18 AuAu -> 0 Au * Au * 200 GeV Signal region: p T <0.15 GeV 0 Rapidity After detector simulation 1.7 million ZDC coincidence triggers in 2002 Require a 2 track vertex p + p + and p - p - model background scaled up to 2 single (1n) and multiple (Xn) neutron production 1n mostly from Giant Dipole Resonance Cross section and rapidity distribution match soft Pomeron model STAR Preliminary

19 Interference 2 indistinguishable possibilities –Interference!! 2-source interferometer with separation b is negative parity For pp, AA parity transform -> – ~ |A 1 - A 2 e ip·b | 2 –At y=0 = 0 [1 - cos(p b)] For pbar p: CP transform -> – ~ |A 1 + A 2 e ip·b | 2 b is unknown –Reduction for p T 0 w/ mutual Coulomb dissoc. 0.1< |y| < 0.6 t (GeV/c) 2 dN/dt int noint

20 Interference Efficiency corrected t 1764 events total R(t) = Int(t)/Noint(t) –Fit with polynomial dN/dt =A*exp(-bt)[1+c(R(t)-1)] –A is overall normalization –b is slope of nuclear form factor b = 301 +/- 14 GeV /- 15 GeV -2 syst. uncertainties: ±8(syst)±15%(theory) –c=0 -- > no interference –c=1 -- > full interference Data and interference model match c = / / dN/dt STAR Preliminary STAR Preliminary Data (w/ fit) Noint Int Data (w/ fit) Noint Int t (GeV 2 ) 0.1 < |y| < < |y| < 1.0 AuAu -> r 0 Au*Au* 200 GeV

21 Types of trigger Topology trigger + ZDCs (r 0 in TPC + signals in forward (zero degree calorimeters) –Topology trigger + West ZDC: Au+d->rAu+pn required break up d – Topology trigger + both ZDC: Au+Au->rAuAu+Xn Backgrounds peripheral hadronic events cosmic rays, beam gas interactions, pile-up TPC Au d(Au) ZDC-WestZDC-East CTB-topology

22 Y –> μ + μ - (CombinedMuon) MUID |eta|<2.5 Y 530 Y/month

23 Plans on LHC: ALICE, ATLAS Cross-section,rate: Mesonσ BRAccrate (10 6 sec) J mb 5.93%16.4% b 2.38%23.6% b 2.38%35% ALICE ATLAS g+A->J/Y, Y+A in UPC A+A