А.Б.Курепин – ИЯИ РАН Исследования по релятивистской ядерной физике ИТЭФ, 23.11.11. - презентация

1 А.Б.Курепин – ИЯИ РАН Исследования по релятивистской ядерной физике ИТЭФ,

2 1. Возникновение релятивистской ядерной физики. 3. Этапы развития работ по релятивистской ядерной физике 4. Современные эксперименты по исследованию ядро-ядерных столкновений при высоких энергиях. 5. Перспективы дальнейших исследований.

3

4 На созданной сотрудниками Института ядерных исследований РАН многоцелевой установке КАСПИЙ на пучке синхрофазотрона ОИЯИ в конце 80-х – начале 90-х годов выполнены пионерские исследования рождения положительных и отрицательных пионов и каонов и впервые в мире измерения рождения антипротонов при столкновении релятивистских ядер углерода с ядерными мишенями. Обнаружено усиление выхода странных частиц и большое, почти на два порядка, превышение отношения выхода антипротонов к пионам по сравнению с протон ядерным взаимодействием. Для объяснения этого эффекта разработана модель ядерного скейлинга.

5

6 Экспериментальная установка J/ детектируются по их распаду на мюонные пары Dimuon spectrometer: Centrality detectors : EM calorimeter ( ) cos CS 0.5 Multiplicity detector (1.9< lab

7 NA50 Величина abs зависит от энергии; Подавление (~20-30%); NA60 Сравнение подавления J/ на SPS NA60 Подавление (~40%); ψ подавление измерено abs J/ (158 GeV) = 7.6 ± 0.7 ± 0.6 mb abs J/ (400 GeV) = 4.3 ± 0.8 ± 0.6 mb

8 Teff в зависимости от плотности энергии При энергиях SPS для всех систем T J/ линейно растет с ростом плотности энергии. Для наиболее центральных Pb-Pb столкновений видна более пологая зависимость. T( =0) =( 182) 2 МэВ Tslope = ( ) фм 3 Tslope(cent Pb-Pb)=( ) фм 3 R(slopes)=2.27 +/ T( =0) =( 182) 2 MeV Tslope = ( ) фм 3 Tslope(cent Pb-Pb)=( ) фм 3 R(slopes)=4.56 +/- 5.22

9 HADES - High Acceptance DiElectron Spectrometer Beams: p (LH 2 ), C, Ar -production runs - with I=0.8*10 6 /spill and 4*10 10 N 2 /spil (RPC upgrade Side View START 1 m p,, A

10 Physics programme(II): AA collisions in medium vector meson properties- spectral functions A V (M e+e-,p) – double differential distributions, centrality dependence Dielectron excess observed by DLS in 1AGeV. Mass dependence m T scaling gives only 0.7 e+e- (A p* A T ) DLS Additional self-energy terms due to meson- baryon coupling p - beams SIS 18 SIS 200 T [MeV] 300 LHC RHIC SPS Partial restoration of chiral symmetry (vs. T,ρ) W. Weise et al. –What are the relevant observables as nuclear density and/or temperature increase? –quark picture vs. hadronic picture?

11 The ALICE experiment CMS ATLAS A-side C-side

12 Sum gives event time, difference gives event position t C – t A ~ 2 z/c A-sideC-side BEAM 1 BEAM 2 Z time 374 cm 70 cm December 11, 2013 Beam-gas B1 Beam-gas B2 ALICE T0 satellite charge measurements in the November Pb-Pb

13 Detector Performance in Pb-Pb PID TOF- > TOFdet +T0det T0 det resolution ~35 ps !

14 Detector Performance in Pb-Pb PID TOF- > TOFdet +T0det T0 det resolution ~35 ps !

15 ALICE results with PbPb Final Results N ch multiplicity Rapidty density PRL: Vol. 105 (2010) Centrality dependence PRL: Vol. 106 (2011) FLOW of charged particled PRL: Vol. 105 (2010) together with ATLAS di-jet paper, got PRL Viewpoint, first for LHC Suppression of high-p T (R AA ) PLB: Vol. 696 (2011) 30 Bose-Einstein correlations PLB: Vol. 696 (2011) 328 Ongoing analyses (a few out of very many => aiming to submit about 40 papers to QM Conference in May) J/ e + e - Event structure from autocorrelations Azimuthal Correlations of high-p T particles Identified particles: strangeness, resonances … 0 spectra Heavy flavour: charm (D 0,D +, D*), heavy quarks (c,b) e - Advanced Drafts Identified particles: Baryon/meson ratio Flow with identified particles:

16 Detector Performance in Pb-Pb PID TOF- > TOFdet +T0det T0 det resolution ~35 ps !

17 Energy spectra of the neutron calorimeter in proton and Pb runs ADC spectrum for 30 GeV protons 1n1n 2n2n 3n3n

18 New data: forward neutron emission measurements for 30 A GeV Pb CERN SPS pure EM part ~ Z 2 target /Z 2 target ~ const Phys.Rev. C71(2005)024905

19 Latest data: forward neutron emission measurements for 158 A GeV In CERN SPS 1n1n 2n2n 3n3n 4n4n

20

21 CASTOR DESIGN

22 Физическая программа установки CASTOR 1.Поиск событий типа «Кентавр» – аномальное увеличение выхода адронов по сравнению с электромагнитной компонентой – большие поперечные импульсы по сравнению с « «нормальными» событиями - обнаружение проникающей компоненты с аномальным пробегом 2.Исследование явления выстроенности 3.Получение данных для проверки и калибровки Монте-Карло программ, используемых для интерпретации КЛ сверхвысоких энергий ( также LHCf и ACORDE-ALICE ) 4.Физика при больших быстротах: – КХД при малых х до 10**-6 10**-7 – Дифракционные процессы – Поиск КГП

23 NA61/SHINE experiment GDR 2010, 30th April, Paris NA61/SHINE physics program: Critical Point and Onset of Deconfinement, Neutrino physics, Cosmic-ray physics 23

24 Detector Particle identification: Combined energy loss and Time of Flight measurements 24 Large acceptance: 50% High momentum resolution 95% Event rate: 70 events/sec TOF ~60 ps

25 Study the onset of deconfinement Onset of Deconfinement: early stage hits transition line, observed signals: kink, horn, step T µBµB energy Kink Horn Step collision energy hadron production properties AGS SPS RHIC

26 Status and plans for ion collisions at SPS energies /10/ / /11/12

27 NA61 - Measurement of centrality: b~ A - N spect (selection of centrality at trigger level) - Measurement of event-by-event fluctuations (to exclude the fluctuation of participants) - Reconstruction of the reaction plane Main features of the PSD -high granularity: transverse homogeneity of energy resolution, reaction plane measurements ? -compensated calorimeter (e/h = 1), lead/scintillator sampling ratio 4:1 high energy resolution ~55%/sqrt(E) - longitudinal segmentation (10 sections per module) PID, background rejection, improvement of energy resolution light readout from each sections by novel MAPDs to provide large dynamic range, to exclude nuclear counting effect Role of the PSD in NA61 48 modules: 16 central (small), 28 outer (large) modules. 120 cm

28 SIS 100 Tm SIS 300 Tm U: 35 AGeV p: 90 GeV Structure of Nuclei far from Stability Cooled antiproton beam: Hadron Spectroscopy Compressed Baryonic Matter The future Facility for Antiproton an Ion Research (FAIR) Ion and Laser Induced Plasmas: High Energy Density in Matter

29 MUON set-up electron set-up

30 Feasibility of J/psi studies in dielectrons decay mode by CBM detector : invariant mass spectra J/psi + combinatorial background for SIS300 and SIS100 electron set-up: STS + RICH + TRD +ECAL STS + ECAL in muon set-up

31 Feasibility studies Event generators: URQMD, PLUTO Transport: GEANT3,4 via VMC Radiation hard Silicon pixel/strip detectors in a magnetic dipole field Electron detectors: RICH & TRD & ECAL: pion suppression up to 10 5 Hadron identification: RPC, RICH Measurement of photons, π 0, η, and muons: electromagn. calorimeter (ECAL)

32 Invariant mass spectra J/ψ + combinatorial background for different pions, kaons and protons suppression factor Suppression S/B in 3σ Beam energy 7AGeV 9AGeV protons π & k 1000 protons π & k protons π & k J/ψ efficiency 55% 55% Alla Maevskaya INR RAS NICA Roundtable Workshop 11 September 2009 Superevent technique was used for invariant mass of background, so 196 J/ψ were added to corresponding (6400x6400) events s =9AGeV

33 Заключение 1. Для решения проблемы фазового перехода ядер в кварк-глюонную материю необходимы новые экспериментальные данные в широком интервале энергий и для различных сталкивающихся ядер. 2. Необходимо детальное исследование механизма взаимодействия ядер на различных стадиях процесса.

34

35

36

37

38 Курепин А.Б

39

40

41

42 Courtesy of T. Hatsuda Major research programs in nuclear/quark matter physics: Measuring the properties of the QGP (LHC, RHIC) Searching for structures in the QCD phase diagram (SPS, RHIC, FAIR) The phase diagram of strongly interacting matter

43 QCD equation of state 20% Can we put a data point on this diagram? New generation of calculations with realistic quark masses and for N t =6. New result (Katz): T c = MeV

44 Direct photons in PHENIX Phys. Rev. Lett. 94, (2005) No significant excess at low p T Expect some improvement in run4 systematic errors.

45 Mapping the QCD phase diagram with heavy-ion collisions net baryon density: B 4 ( mT/2 h 2 c 2 ) 3/2 x [exp(( B -m)/T) - exp((- B -m)/T)] baryons - antibaryons Lattice QCD calculations: Fedor & Katz, Ejiri et al. SIS300

46 Электромагнитные взаимодействия в столкновениях релятивистских ядер Ультрапериферические взаимодействия: нет перекрытия ядерных плотностей Воздействие Лорентц- сжатых кулоновских полей может быть представлено как поглощение эквивалентных фотонов (Weizacker-Williams method) Фотоядерные реакции: электромагнитная диссоциация и рождение адронов Реакции фотон-фотон: рождение экзотических частиц Z Дальнодействующие электромагнитные силы