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Fisica Subnucleare Modulo: collisioni ultrarelativistiche di nuclei pesanti 3 a lezione Dr. Francesco Noferini 1 Fisica subnucleare - F. Noferini Martedì

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Presentazione sul tema: "Fisica Subnucleare Modulo: collisioni ultrarelativistiche di nuclei pesanti 3 a lezione Dr. Francesco Noferini 1 Fisica subnucleare - F. Noferini Martedì"— Transcript della presentazione:

1 Fisica Subnucleare Modulo: collisioni ultrarelativistiche di nuclei pesanti 3 a lezione Dr. Francesco Noferini 1 Fisica subnucleare - F. Noferini Martedì 17/05/11, 15-17

2 Sommario del modulo Motivazioni: il deconfinamento Collisioni nucleo-nucleo Risultati sperimentali in collisioni nucleo- nucleo (SPS,RHIC) Risultati ad LHC e prospettive 2 Fisica subnucleare - F. Noferini Martedì 17/05/11, 15-17

3 Modelli termici vs. produzione adroni Modello Gran Canonico – No vincolo sul numero di particelle prodotte – Produzione degli adroni: – Vinconlo sulla conservazione numeri quantici dello stato iniziale su 4 π Numero barionico totale: ΣN i B i = Z+N Stranezza totale: ΣN i S i = 0 Isospin: ΣN i I i = (Z – N)/2 Fisica subnucleare - F. Noferini Martedì 17/05/11,

4 4 Dinamica del QGP: rapporti di particelle La misura della temperatura al freeze out chimico e dei potenziali chimici associati al sistema può essere estratta dall'osservazione dei rapporti tra le diverse specie di particelle. Lestensione di una simile analisi a LHC richiede di fatto una buona capacità di identificazione delle particelle prodotte! Fisica subnucleare - F. Noferini Martedì 17/05/11, 15-17

5 5 short lived resonances T ch s STAR white paper Nucl Phys A757 (05) 102 T ch T C 165 ± 10 MeV Chemical freezeout hadronization. s ~ u, d La stranezza è allequilibrio termico. Chemical freeze-out Fisica subnucleare - F. Noferini Martedì 17/05/11, 15-17

6 Soppressione del Quarkonio e aumento della stranezza e della produzione del mesone Φ Produzione di quark s m s ~ T c u,d,s Soppressione QQ 6 Fisica subnucleare - F. Noferini lunedì 16/05/11, 12-14

7 Aumento della stranezza (SPS) Fisica subnucleare - F. Noferini Martedì 17/05/11, NA57: JPG32, 427 (2006)

8 Aumento della stranezza (RHIC) Fisica subnucleare - F. Noferini Martedì 17/05/11, STAR: PRC77, (2008)

9 Sopressione della J/ ψ Fisica subnucleare - F. Noferini Martedì 17/05/11, Matsui and Satz hanno predetto la soppressione della produzione di J/ nel Quark Gluon Plasma (1986)

10 Debye screening Nel plasma è previsto che il potenziale di interazione sia nullo oltre una certa distanza D (Debye screening). Gli stati di Charmonio (cc) e bottonio (bb) con dimensioni > D non possono esistere nel mezzo Gli stati quarkonio sono considerati un termometro per la transizione di fase Fisica subnucleare - F. Noferini Martedì 17/05/11,

11 SPS: J/ψ suppression Soppressione della J/ψ in funzione della densità di energia nella collisione. 11 Fisica subnucleare - F. Noferini Martedì 17/05/11, Bjorkens formula Transverse dimension S :

12 12 RHIC: J/ψ suppression Fisica subnucleare - F. Noferini Martedì 17/05/11, 15-17

13 Johanna Stachel

14 Fisica subnucleare - F. Noferini Martedì 17/05/11,

15 15 Strong QGP: il flusso ellittico L espansione è guidata da un gradiente di pressione Le particelle sono emesse pi ù probabilmente lungo il piano di reazione dN/dφ 2v22v2 Fisica subnucleare - F. Noferini Martedì 17/05/11, 15-17

16 Hydro+Jet model Colore: parton density Punti: mini-jets Au+Au 200AGeV, b=8 fm Hydro+Jet model (T.H. & Y.Nara (02)) x y 16 Fisica subnucleare - F. Noferini Martedì 17/05/11, 15-17

17 17 Elliptic flow - caratteristiche Lanisotropia geometrica che è allorigine dellelliptic flow si attenua con levoluzione del sistema – Anche in caso di espansione libera (sistema non interagente) leccentricità della fireball diminuisce con laumentare della dimensione del sistema I gradienti di pressione che sono allorigine dellelliptic flow sono più forti nei primi istanti dopo la collisione Lelliptic flow è quindi particolarmente sensibile allequazione di stato (i.e. velocità del suono) del sistema nei primi istanti della collisione 17 Fisica subnucleare - F. Noferini Martedì 17/05/11, 15-17

18 18 Risultati di RHIC Confronto del flusso ellittico con un modello idrodinamico. Il QGP è un fluido ideale (fortemente interagente) a viscosità quasi nulla. Fisica subnucleare - F. Noferini Martedì 17/05/11, 15-17

19 PRL 92 (2004) ; PRL 91 (2003) P. Sorensen 19 L anisotropia di tipo ellittico segue uno scaling con il numero di partoni costituenti: Se il flusso ellittico è prodotto nella fase partonica, quando il sistema adronizza ogni particella riceve un v 2 e un p T in dipendenza del suo contenuto di quark. Coalescenza Fisica subnucleare - F. Noferini Martedì 17/05/11, 15-17

20 PRL 92 (2004) ; PRL 91 (2003) P. Sorensen [GeV/c] dN/p T dp T dy Fisica subnucleare - F. Noferini Martedì 17/05/11, Coalescenza (II)

21 Jet Quenching ( Gluon Strahlung ): (Baier, Schiff, Zakharov, hep-ph/ ; Baier, NPA715(03)209) x= /E<<1 Vacuum: 21 Fisica subnucleare - F. Noferini Martedì 17/05/11, 15-17

22 Jet quenching in parton medium Baier, Dokshitzer, Mueller, Peigne, Schiff, NPB 483 (1997) 291. Salgado, Wiedemann, PRD 68(2003) Dokshitzer and Kharzeev, PLB 519 (2001) 199. Armesto, Salgado, Wiedemann, PRD 69 (2004) path length L kTkT Energy loss dipende da:, medium transport coefficient color coupling factor: 4/3 per q, 3 per g (BDMPS-WS) Dead cone effetto per quark molto massivi: Nel vuoto, la radiazione di gluoni è soppressa a q < m Q /E Q 22 Fisica subnucleare - F. Noferini Martedì 17/05/11, 15-17

23 Dead cone 23 Mass effects on radiation: nel vuoto cè il cosiddetto dead cone effect per particelle molto massive Dokshitzer, Kharzeev (PLB519(01)199) Hanno proposto che la stessa cosa avvenisse nel mezzo ma non si ha avuto ancora nessuna evidenza sperimentale 23 Fisica subnucleare - F. Noferini Martedì 17/05/11, 15-17

24 24 Un mezzo colorato: Il Jet Quenching Rapporto tra i prodotti in collisioni AuAu e collisioni pp. Fotoni: no interazione con il mezzo. Adroni: interazione con il mezzo Fisica subnucleare - F. Noferini Martedì 17/05/11, 15-17

25 25 Dipendenza di q dalla centralità A. Dainese, C. Loizides and G. Paic, Eur. Phys. J. C 38, (2005) Un buon accordo con I dati è ottenuto per un valore: q ~ 14 GeV 2 /fm ^ ^

26 Fisica subnucleare - F. Noferini Martedì 17/05/11, Modificazione della strutura del jet a seguito dellinterazione con il mezzo N. Borghini and U. A. Wiedemann, hep-ph/ & ALICE PPR Vol. II, Chapter 6

27 Fisica subnucleare - F. Noferini Martedì 17/05/11, Geometria della collisione L1L1 L2L2 Proprietà: L 1 L 2 Forte dipendenza dal parametro dimpatto (b) ΔE i aumenta con L i Produzione di una coppia di Jet

28 28 Correlazioni di particelle Il metodo tradizionale consiste nel considerare le distanze angolari tra una particella ad alto p T (particella leading ) e tutte le altre particelle dello stesso evento con un p T elevato. Definite le due soglie di impulso trasverso (p T lead, p T assoc ) si considerano gli eventi con almeno una particella carica di p T > p T lead e si graficano le distribuzioni angolari di tutte le particelle dell'evento con impulso p T > p T assoc. In tal modo si selezionano le correlazioni delle particelle appartenenti al jet la cui direzione è data dalla particella leading dell'evento. Fisica subnucleare - F. Noferini Martedì 17/05/11, 15-17

29 29 Risultati di STAR sulle correlazioni a 2 particelle Phys.Rev.Lett.91:072304,2003 [STAR Collaboration] arXiv:nucl-ex/ Aumentanto il p T della particella di trigger le correlazioni back-to- back tornano visibili. In questo p T range, solo per collisioni AA centrali, le correlazioni back-to- back sono soppresse. 4 < p T trig < 6 GeV/c 2 GeV/c < p T corr < p T trig

30 RHIC: Correlazione a due particelle Au+Au perifericiAu+Au centrali | η particle | < 0.7 Ptrig > 4 GeV/c, Pcorr > 2 GeV/c 30 Fisica subnucleare - F. Noferini Martedì 17/05/11, 15-17

31 31 Ancora sui risultati di RHIC: correlazioni a 2 particelle In basso è riportata la dipendenza della soppressione delle correlazioni back- to-back in funzione della centralità della collisione. D + Au AuAu central J. Adams et al. [STAR Collaboration], Phys. Rev. Lett. 91 (2003) J. Adams et al. [STAR Collaboration], Phys. Rev. Lett. 97 (2006) No centrality dependence Suppressed when centrality increases

32 32 periferiche centrali Dipendenza dalla centralità Contropicco: Sopressione del jet Spostamento del picco: Risposta del mezzo Fisica subnucleare - F. Noferini Martedì 17/05/11, 15-17

33 33 Three regions on away side: center =(, ) ±0.4 corner =( +1, +1) ±0.4 x2 cone =( +1, - 1) ±0.4 x2 away near Medium mach cone Medium away near deflected jets p T trig =3-4, p T assoc =1-2 GeV/c 2-particle corr, bg, v2 subtracted φ 2 = φ 2 - φ trig d+Au min-bias dN 2 /d Δφ 1 d Δφ 2 /N trig φ 1 = φ 1 - φ trig φ 2 = φ 2 - φ trig Au+Au 10% difference in Au+Au average signal per radian 2 : center – corner = 0.3 ± 0.3 (stat) ± 0.4 (syst) center – cone = 2.6 ± 0.3 (stat) ± 0.8 (syst) conical flow? 3-particle correlation Leffetto Mach cone non si vede nei dati Fisica subnucleare - F. Noferini Martedì 17/05/11, 15-17

34 34 Analisi in 2 dimensioni Allungamento in Δ sotto il picco del jet: il ridge Correlazioni in due dimensioni: Δ - Δ beam direction ridge ridge jet jet+ridge p T trigger =3-6 GeV/c, 1.5 GeV/c


35 Commenti Il cosiddetto QGP (plasma di quark e gluoni) è stato investigato intensivamente al SPS e soprattutto a RHIC Evidenze di una fase allequilibrio termodinamico sono state riportate (rapporti di particelle vs. modelli statistici) Le proprietà osservate sono associabili alle dinamiche di un fluido più che a un plasma vero e proprio (gas perfetto), fortemente interagente via QCD (Jet Quenching, elliptic flow) Diversi osservabili rivelano la natura partonica dei costituenti del mezzo (J/ ѱ suppression, elliptic flow) LHC (e in particolare ALICE) investigheranno nuovi effetti in regimi ancora più estremi sulla scia di quanto già osservato a RHIC Fisica subnucleare - F. Noferini Martedì 17/05/11,


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