О теоретической интерпретации данных RHIC. А.Б. Кайдалов. - презентация

1 О теоретической интерпретации данных RHIC. А.Б. Кайдалов

2 Содержание: Введение. Введение. Ядерное экранирование кварков и глюонов. Ядерное экранирование кварков и глюонов. Инклюзивные спектры в ядерных взаимодействиях. Инклюзивные спектры в ядерных взаимодействиях. Анизотропные потоки. Анизотропные потоки. Рождение J/ψ–мезонов. Рождение J/ψ–мезонов. Заключение. Заключение.

3 Введение. Наличие фазового перехода конфайнмент – деконфайнмент в КХД. Наличие фазового перехода конфайнмент – деконфайнмент в КХД. Фазовая диаграмма. Фазовая диаграмма. Столкновения тяжелых ионов при высоких энергиях – способ изучения Столкновения тяжелых ионов при высоких энергиях – способ изучения адронной материи в экстремальных условиях при температуре Т > T c адронной материи в экстремальных условиях при температуре Т > T c в фазе деконфайнмента : в фазе деконфайнмента : кварк-глюонной плазмы (КГП). кварк-глюонной плазмы (КГП).

4 Фазовая диаграмма КХД

5 Столкновения тяжелых ионов и КГП. В последние годы (в основном благодаря данным RHIC ) представления о КГП изменились. В последние годы (в основном благодаря данным RHIC ) представления о КГП изменились. Если раньше КГП рассматривалась Если раньше КГП рассматривалась как газ кварков и глюонов, то сейчас - как (почти идеальная) жидкость,КГП с (QGP s ). Сильное взаимодействие между кварками и глюонами является естественным при Т ~ 200 Мэв ~ Λ QCD. как газ кварков и глюонов, то сейчас - как (почти идеальная) жидкость,КГП с (QGP s ). Сильное взаимодействие между кварками и глюонами является естественным при Т ~ 200 Мэв ~ Λ QCD. Важная роль непертурбативных эффектов Важная роль непертурбативных эффектов

6 Столкновения тяжелых ионов и КГП. При исследовании ядро-ядерных взаимодействий возникает ряд важных вопросов: важных вопросов: а) Каковы адекватные степени свободы? б) Какова пространственно-временная картина? в) Кварк-глюонная структура сталкивающихся ядер. г) Достигается ли равновесие в процессе? д) Сколько времени существует КГП? е) Характерные сигналы КГП?

7 Пространственно-временная картина взаимодействий при высоких энергиях. Большая длина когерентности (время) адронных флуктуаций Большая длина когерентности (время) адронных флуктуаций Δt ~ 2p/(M-m) Δt ~ 2p/(M-m) При высоких энергиях адронные (ядерные) флуктуации «приготавливаются» задолго до взаимодействия. При высоких энергиях адронные (ядерные) флуктуации «приготавливаются» задолго до взаимодействия. Какова структура фоковских состояний адронов (ядер) в СБИ? Какова структура фоковских состояний адронов (ядер) в СБИ? Важную роль играют медленные партоны с долей импульса x

8 Пространственно-временная картина взаимодействий при высоких энергиях. Медленные партоны разных нуклонов ядра (с близкими прицельными параметрами) перекрываются и взаимодействуют. В результате их плотность уменьшается и в пределе сверхвысоких энергий (или при А) возникает «насыщение». В результате их плотность уменьшается и в пределе сверхвысоких энергий (или при А) возникает «насыщение». Расчеты глюонной компоненты ядер в пределе «насыщения» проводились на основе теории возмущений КХД. Расчеты глюонной компоненты ядер в пределе «насыщения» проводились на основе теории возмущений КХД. Color glass condensate (CGC) L.McLerran et al Color glass condensate (CGC) L.McLerran et al

9 «Насыщение» партонов при х 0 «Насыщение» партонов при х 0 Граница Q s (х) Граница Q s (х) где наступает «насыщение» зависит от А.

10 Пространственно-временная картина взаимодействий при высоких энергиях. Пространственно-временная картина hA (AB) –взаимодействий изменяется при энергии Ec когда lcoh ~ Δt ~ R A. Пространственно-временная картина hA (AB) –взаимодействий изменяется при энергии Ec когда lcoh ~ Δt ~ R A. Для типичных взаимодействий Ec ~ m N R A. Для типичных взаимодействий Ec ~ m N R A. При E < Ec амплитуда упругого hA – рассеяния возникает за счет последовательных перерассеяний При E < Ec амплитуда упругого hA – рассеяния возникает за счет последовательных перерассеяний начального адрона начального адрона на нуклонах ядра на нуклонах ядра (модель Глаубера). (модель Глаубера).

11 Пространственно-временная картина взаимодействий при высоких энергиях. При E > E c составляющие адрона взаимодействуют с нуклонами ядра. При E > E c составляющие адрона взаимодействуют с нуклонами ядра. Однако амплитуда упругого hA рассеяния может быть вычислена также как в модели Глаубера, но с учётом неупругих промежуточных состояний неупругих промежуточных состояний ( M

12 Пространственно-временная картина взаимодействия ядер.

13 Ядерное экранирование кварков и глюонов. Полное сечение взаимодействия виртуального фотона (γ*) с ядром в подходе Глаубера-Грибова описывается следующими диаграммами Полное сечение взаимодействия виртуального фотона (γ*) с ядром в подходе Глаубера-Грибова описывается следующими диаграммами

14 Вклад второго перерассеяния где Продольная часть ядерного форм- фактора Продольная часть ядерного форм- фактора Учитывает условие когерентности: x

15 Многократные перерассеяния. Поправки более высоких порядков – модельно зависимы. Две модели, использовавшиеся в работах Поправки более высоких порядков – модельно зависимы. Две модели, использовавшиеся в работах A.Capella et al (1997),N.Armesto et al (2003), K.Tywoniuk et al(2006) : A.Capella et al (1997),N.Armesto et al (2003), K.Tywoniuk et al(2006) : a) Модель Швиммера a) Модель Швиммера где где

16 Многократные перерассеяния. b) Модель квази-эйконала b) Модель квази-эйконала Отношение сечений на нуклон для различных ядер В модели Швиммера

17 Дифракционное рождение в γ*p- столкновениях. Для вычисления ядерного экранирования в этом подходе необходимо знать соответ- ствующие сечения дифракционной диссоциации на нуклоне. ствующие сечения дифракционной диссоциации на нуклоне. В работе A.Capella et al для описания ядерных структурных функций в области малых х (экранирование кварков) использовалась параметризация данных HERA (с учётом КХД- эволюции).

18 Диффракционное рождение в γ*p-столкновениях. В работе N.Armesto et al В работе N.Armesto et al использовалась унитарная модель γ*p – взаимодействий, справедливая в широкой области Q. использовалась унитарная модель γ*p – взаимодействий, справедливая в широкой области Q. K.Tywoniuk et al вычисляли ядерное экранирование глюонов, используя результаты последнего анализа H1. K.Tywoniuk et al вычисляли ядерное экранирование глюонов, используя результаты последнего анализа H1.

19 Распределения кварков и глюонов в помероне. Распределения кварков в помероне известны достаточно хорошо. Имеются неопределенности в распределениях глюонов при z>0.5. (Фит A и B H1 ). Распределения кварков в помероне известны достаточно хорошо. Имеются неопределенности в распределениях глюонов при z>0.5. (Фит A и B H1 ).

20 Сравнение с экспериментом (NMC) A.Capella et al A.Capella et al

21 Сравнение с экспериментом (E665) N.Armesto et al N.Armesto et al

22 Экранирование для глюонов Красные кривые–фит A, синие–фит B

23 Инклюзивные спектры и плотности частиц. Для перерассеяний с небольшими массами промежуточных состояний ( М ~ m N ) в центральной области инклюзивных спектров при s имеет место АГК сокращение диаграмм. Для перерассеяний с небольшими массами промежуточных состояний ( М ~ m N ) в центральной области инклюзивных спектров при s имеет место АГК сокращение диаграмм. где где

24 Плотности частиц, рождённых в ядро - ядерных столкновениях Для плотности числа частиц имеем Для плотности числа частиц имеем (*) (*) где - число NN где - число NN столкновений (тоже, что и в модели столкновений (тоже, что и в модели Глаубера). Обычно ядерные эффекты R A 1 A 2 определяются по отношению к формуле (*). Глаубера). Обычно ядерные эффекты R A 1 A 2 определяются по отношению к формуле (*).

25 Вычисление эффектов, связанных с экранированием мягких партонов. В модели Швиммера подавление инклюзивных спектров описывается простой формулой

26 Зависимость подавления от энергии и прицельного параметра. N.Armesto et al. N.Armesto et al.

27 Экранирование партонов и данные RHIC. Уменьшение плотности частиц по сравнению с моделью Глаубера согласуется с данными RHIC. Уменьшение плотности частиц по сравнению с моделью Глаубера согласуется с данными RHIC. Зависимость от b Зависимость от b (N part ) также согласуется с эксп. данными. (N part ) также согласуется с эксп. данными. Глаубер С учётом С учётом экрани- рования Экспе-римент s=s= 130 Гэв 1200 ± ± ± 12±35 622±1 ±41

28 Ядерные эффекты при больших p T. Ядерные эффекты при больших p T. В простейшей кинематике столкновения партонов В простейшей кинематике столкновения партонов Условие x

29 Подавление выходов π°-мезонов при больших p T. Данные - Phenix, Кривые - CFKS Данные - Phenix, Кривые - CFKS

30 Теоретические модели для описания ядерных эффектов при больших p T. Взаимодействия в начальном состоянии не могут быть ответственны за эффекты наблюдаемые на RHIC в области больших p T. Подавление возникает за счёт взаимодействия в конечном состоянии. Подавление возникает за счёт взаимодействия в конечном состоянии. Модели: а) Когерентное излучение глюонов в веществе (аналог ЛПМ- эффекта ) R. Baier et al., B.G.Zakharov, R. Baier et al., B.G.Zakharov, M. Gyulassy et al., C. Salgado et al., I.Lokhtin et al. M. Gyulassy et al., C. Salgado et al., I.Lokhtin et al.

31 Теоретические модели для описания ядерных эффектов при больших p T. б) Потери энергии в результате взаимодействия со средой ( с окружающими частицами). Учитывается также эффект Кронина (возрастание поперечного импульса за счёт ядерных эффектов). A.Capella et al, A.Drees et al, W.Cassing et al A.Capella et al, A.Drees et al, W.Cassing et al Модель хорошо описывает зависимость от b.

32 Рождение частиц в области фрагментации нуклона. В области фрагментации нуклона (y>>1) В области фрагментации нуклона (y>>1) могут быть выполнены условия когерентности x

33 Рождение частиц в области фрагментации нуклона. Указывают ли эти результаты на проявления CGC или экранирования партонов? В области фрагментации важную роль играет эффект связанный с сохранением В области фрагментации важную роль играет эффект связанный с сохранением импульса ( ограничение на число взаимодействий в ядре при х F ~ 1). Он хорошо известен в hA - взаимодействиях и описывается в существующих моделях.

34 Рождение частиц в области фрагментации нуклона. Проверка: Скейлинг по переменной х А – CGC Скейлинг по переменной x F – эффекты Скейлинг по переменной x F – эффекты связанные сохранением энергии-импульса. связанные сохранением энергии-импульса. Сравнение данных RHIC и SPS указывает на приближённый x F –скейлинг. Эффект экрани- ровки глюонов мал. К.Tywoniuk et al.

35 Анизотропные потоки. Анизотропия области перекрытия ядер проявляется в угловых распределениях образующихся частиц. Анизотропия области перекрытия ядер проявляется в угловых распределениях образующихся частиц. w(φ)=v 0 + 2v n cos(nφ) w(φ)=v 0 + 2v n cos(nφ) v 2 – эллиптический поток. v 2 – эллиптический поток. v 2 (b,p T,y,s) v 2 (b,p T,y,s) Успешное описание данных RHIC о v 2 в гидродинамической (ГМ) модели.

36 Эллиптический поток. ГМ описывает зависимость от р Т ( до 2 Гэв) и от типа частиц.

37 Эллиптический поток. Недостатки ГМ: Недостатки ГМ: а) Не описывается поведение при р Т > 2 Гэв. Вязкость?

38 Проблемы ГМ. б) Слишком быстрый рост с увеличением b. б) Слишком быстрый рост с увеличением b. в) Отсутствие зависимости от y. в) Отсутствие зависимости от y. г) Малые v 4. ( v 4 )²/ v 2 = ½; exp: 1.17±0.01 г) Малые v 4. ( v 4 )²/ v 2 = ½; exp: 1.17±0.01 Малое число перерассеяний и отсутствие Малое число перерассеяний и отсутствие локального равновесия. Blaizot et al. локального равновесия. Blaizot et al.

39 Модели эллиптического потока Скейлинг для v 2 /n, p T /n, Скейлинг для v 2 /n, p T /n, n – число составляющих кварков. n – число составляющих кварков.

40 Модели эллиптического потока В модели с взаимодействием в конечном состоянии v 2 возникает естественным образом. F.Capella, E.G.Ferreiro

41 Модели эллиптического потока Модель воспроизводит зависимость v 2 от р Т (при всех р Т ). Недостаток- слишком слабая зависимость от b.

42 Модели эллиптического потока Большинство моделей основано на классическом подходе. Роль квантовых эффектов? Большинство моделей основано на классическом подходе. Роль квантовых эффектов? Теоретико-полевой подход показывает, Теоретико-полевой подход показывает, что анизотропии возникают и за счёт что анизотропии возникают и за счёт распределения партонов в начальной волновой функции нуклона (ядра) распределения партонов в начальной волновой функции нуклона (ядра) К.Г.Боресков,А.Б.К.,О.В.Канчели К.Г.Боресков,А.Б.К.,О.В.Канчели Вклад в v 2 дает взаимодействие не только в конечном, но и начальном состоянии! Вклад в v 2 дает взаимодействие не только в конечном, но и начальном состоянии!

43 Модели эллиптического потока Эффект определяется градиентами плотности ядерной волновой функции Эффект определяется градиентами плотности ядерной волновой функции

44 Рождение J/ψ–мезонов. Подавление выходов тяжелых кваркониев – важная характеристика системы, рождённой в столкновениях тяжелых ионов. Для выяснения природы эффекта надо понимать динамику рождения кваркониев в NA – взаимодействиях. Подавление выходов тяжелых кваркониев – важная характеристика системы, рождённой в столкновениях тяжелых ионов. Для выяснения природы эффекта надо понимать динамику рождения кваркониев в NA – взаимодействиях. Интересный результат RHIC : Интересный результат RHIC : при рождении J/psi в D-Au столкновениях при рождении J/psi в D-Au столкновениях с x F ~0 подавление J/psi существенно уменьшилось по сравнению с более низкими энергиями. с x F ~0 подавление J/psi существенно уменьшилось по сравнению с более низкими энергиями. σ ~ 1 mb ( σ ~ 5 mb при s ~ 20 Гэв ) σ ~ 1 mb ( σ ~ 5 mb при s ~ 20 Гэв )

45 Изменение картины взаимодействия при рождении J/ψ–мезонов на RHIC. При образования J/psi с x F =0 в NA столкновениях критическая энергия Ec находится в области энергий RHIC. Формулы простейшей модели Формулы простейшей модели Глаубера не применимы, Глаубера не применимы, АГК сокращения имеют место и главный вклад в инклюзивные спектры при x F ~0 АГК сокращения имеют место и главный вклад в инклюзивные спектры при x F ~0 дают диаграммы с взаимодействием померонов, отвечающие ядерному экранированию глюонов. дают диаграммы с взаимодействием померонов, отвечающие ядерному экранированию глюонов.

46 Рождение J/ψ–мезонов. Распределения глюонов в ядрах, Распределения глюонов в ядрах, обсуждавшиеся выше позволяют описать данные D-Au на RHIC. K.Tywoniuk et al. K.Tywoniuk et al.

47 Ядерные эффекты для J/ψ в NA. Параметризация инклюзивных сечений Параметризация инклюзивных сечений Учёт изменения пространственно- временной картины позволяет описать данные о рождении J/ψ в NA – взаимодействиях при всех энергиях и получить предсказания для LHC данные о рождении J/ψ в NA – взаимодействиях при всех энергиях и получить предсказания для LHC (переход от x F к х А –скейлингу). (переход от x F к х А –скейлингу).

48 Ядерные эффекты для J/ψ в NA. K.Tywoniuk et al.

49 Рождение J/ψ–мезонов в ядро- ядерных взаимодействиях. Данные RHIC о рождение J/ψ–мезонов в столкновениях существенны для понимания процесса (представляют трудность для большинства теоретических моделей).

50 QGP threshold melting scenario is ruled out by PHENIX data! J/ and ´ suppression in Au+Au at RHIC: QGP threshold scenario Satzs model: complete dissociation of initial J/ and ´ due to the huge local energy densities ! Charmonia recombination is important! Energy density cut cut =1 GeV/fm 3 reduces the meson comover absorption, however, D+Dbar annihilation can not generate enough charmonia, especially for peripheral collisions! Energy density (x=0,y=0,z;t) Energy density (x=0,y=0,z;t) Threshold energy densities: J melting: (J )=16 GeV/fm 3 c melting: ( c ) =2 GeV/fm 3 c melting: ( c ) =2 GeV/fm 3 melting: ( ) =2 GeV/fm 3 melting: ( ) =2 GeV/fm 3

51 Модель с взаимодействием в конечном состоянии для рождения J/ψ–мезонов в ядро-ядерных взаимодействиях. «Аномальное» подавление J/ψ–мезонов в ядро-ядерных взаимодействиях на SPS хорошо Описывается в модели с взаимодействием в конечном состоянии. A.Capella et al Для RHIC необходимо учесть изменение в поглощении J/ψ на нуклонах (см. выше) и наличие рекомбинации –мезонов в J/ψ.

52 Модель с взаимодействием в конечном состоянии для рождения J/ψ–мезонов в ядро - ядерных взаимодействиях. При учёте рекомбинации При учёте рекомбинации Величина С быстро растёт с увеличением энергии и при энергии s = 200 Гэв С~1. С учётом рекомбинации модель описывает данные о подавлении J/ψ–мезонов в ядерных взаимодействиях.

53 Модель с взаимодействием в конечном состоянии для рождения J/ψ–мезонов в ядро - ядерных взаимодействиях. Cu+Cu-взаимодействия Cu+Cu-взаимодействия

54 Заключение. Изучение ядро - ядерных взаимодействий при высоких энергиях даёт важную информацию о свойствах КХД и пространственно-временной структуре ядерных процессов. Изучение ядро - ядерных взаимодействий при высоких энергиях даёт важную информацию о свойствах КХД и пространственно-временной структуре ядерных процессов. Структурные функции ядер и распределения кварков и глюонов в ядрах при х 0 могут быть вычислены, используя формализм Грибова. Структурные функции ядер и распределения кварков и глюонов в ядрах при х 0 могут быть вычислены, используя формализм Грибова.

55 Заключение. Взаимодействия партонов с малыми х играют важную роль в процессах взаимодействия тяжелых ионов на Взаимодействия партонов с малыми х играют важную роль в процессах взаимодействия тяжелых ионов на RHIC и будут ещё более существенны на LHC. Однако насыщение партонных распределений на RHIC не достигнуто. RHIC и будут ещё более существенны на LHC. Однако насыщение партонных распределений на RHIC не достигнуто. В процессах рождения частиц и струй с большими р Т в центральной области быстрот главную роль играет взаимодействие в конечном состоянии. В процессах рождения частиц и струй с большими р Т в центральной области быстрот главную роль играет взаимодействие в конечном состоянии.

56 Заключение. При рождении частиц в области фрагментации необходимо учитывать эффекты, связанные с сохранением импульса. При рождении частиц в области фрагментации необходимо учитывать эффекты, связанные с сохранением импульса. Величины анизотропных потоков позволяют получить важную информацию о динамике процессов. Величины анизотропных потоков позволяют получить важную информацию о динамике процессов. В процессах рождения тяжелых кваркониев происходит смена динамич. режима при энергиях RHIC. В процессах рождения тяжелых кваркониев происходит смена динамич. режима при энергиях RHIC.