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Fisica Subnucleare Modulo: collisioni ultrarelativistiche di nuclei pesanti 4 a lezione Dr. Francesco Noferini 1 Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì

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Presentazione sul tema: "Fisica Subnucleare Modulo: collisioni ultrarelativistiche di nuclei pesanti 4 a lezione Dr. Francesco Noferini 1 Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì"— Transcript della presentazione:

1 Fisica Subnucleare Modulo: collisioni ultrarelativistiche di nuclei pesanti 4 a lezione Dr. Francesco Noferini 1 Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

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 Lunedì 23/05/11, 12-14

3 LHC (Large Hadron Collider) 3 Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

4 4 Lesperimento ALICE Capacità di rivelare diversi tipi di segnali (fisica variegata): – Alte molteplicità; – Identificazione delle particelle; – Misure di impulso; – Segnali leptonici (elettroni, muoni, …); – Misure di centralità; – Fotoni e segnali ad alto p T. Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

5 5 Il rivelatore ALICE Solenoid magnet 0.5 T PHOS ITS PMD HMPID TOF TRD Muon Arm TPC FMD T0,V0,ZDC

6 Range di identificazione in ALICE 6 Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

7 Produzione di particelle in collisioni pp Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, Confronto (entro 1 ) tra ATLAS, ALICE, CMS a parità di condizioni sperimentali Confronto (entro 1 ) tra ATLAS, ALICE, CMS a parità di condizioni sperimentali z η = 0 η = 1 η = o

8 Distribuzione di energia Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, Distribuzioni di impulso (energia) delle particelle prodotte in collisioni pp allenergie nel centro di massa di 900 GeV e 7 TeV. Riferimento per collisioni PbPb e fisica dei jet Distribuzioni di impulso (energia) delle particelle prodotte in collisioni pp allenergie nel centro di massa di 900 GeV e 7 TeV. Riferimento per collisioni PbPb e fisica dei jet

9 Distribuzioni per particelle identicate 9 Particelle dimpulso trasverso superiore a 0.5 GeV/c sono state identificate utilizzando il TOF (sez. Bologna) TOF range Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

10 Rapporti di particelle Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, A LHC sono stati misurati i rapporti di particelle a volori di energia e di impulso trasverso più alti rispetto agli esperimenti precedenti. Aumento della produzione di mesoni con stranezza. A LHC sono stati misurati i rapporti di particelle a volori di energia e di impulso trasverso più alti rispetto agli esperimenti precedenti. Aumento della produzione di mesoni con stranezza.

11 Collisioni PbPb Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, Event display di ALICE in collisioni PbPb Nel passaggio dalle collisioni pp a quelle PbPb si passa a scenari di elevatissima molteplicità di particelle (diverse migliaia in questo event display)

12 Centralità in collisioni ione-ione 12 b Parametro di impatto Regione di sovrapposizione dei due nuclei La centralità della collisione può essere espressa anche in termini dei nucleoni che partecipano alla collisioni (N part ) Nucleoni (n,p) che non partecipano alla collisione Quark e gluoni prodotti nei primi istanti della collisione Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

13 dN ch /d vs. centralità (PbPb) Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, Molteplicità di particelle cariche in eventi PbPb in funzione della centralità Molteplicità di particelle cariche in eventi PbPb in funzione della centralità Fino a 1600 tracce cariche per unità di rapidità nelle collisioni più centrali

14 Distribuzioni per particelle identicate (pp vs. PbPb) 14 Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, Le distribuzioni in impulso delle particelle hanno comportamenti diversi passando da collisioni pp a collisione PbPb (per esempio la produzione dei protoni si avvicina ad alto impuslo a quella dei pioni in collisioni centrali)

15 Identificazione di particelle in singoli eventi Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, Lelevata moltiplicità in collisioni PbPb centrali consente di misurare chiaramente i picchi delle particelle maggiormente prodotte in singoli eventi. Fluttuazioni nei rapporti, evento per evento, danno informazioni sulla dinamica nel meccanismo di produzione di particelle. Lelevata moltiplicità in collisioni PbPb centrali consente di misurare chiaramente i picchi delle particelle maggiormente prodotte in singoli eventi. Fluttuazioni nei rapporti, evento per evento, danno informazioni sulla dinamica nel meccanismo di produzione di particelle.

16 Antimateria Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, Segnali di anti-elio osservati da ALICE in eventi PbPb MB. Alcuni candidati 4 He selezionati. Segnali di anti-elio osservati da ALICE in eventi PbPb MB. Alcuni candidati 4 He selezionati.

17 SPS: J/ψ suppression Soppressione della J/ψ in funzione della densità di energia nella collisione. 17 Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, Bjorkens formula Transverse dimension S :

18 J/ ψ a LHC (collisioni pp) Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, La produzione della J/ ψ in funzione dellenergia segue landamento delle previsioni pQCD al NLO

19 19 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 Lunedì 23/05/11, 12-14

20 PRL 92 (2004) ; PRL 91 (2003) P. Sorensen 20 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 Lunedì 23/05/11, 12-14

21 Elliptic Flow in ALICE Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, Le misure a LHC del flusso ellittico sono già competitive con quelle di RHIC e lidentificazione di particelle permette di investigare diversi scenari

22 Confronto tra le diverse specie Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, Per collisioni ad alte centralità la descrizione dei modelli idrodinamici che funzionavano a RHIC non descrivono il flusso dei protoni

23 Flusso ellittico per quark Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, Anche normalizzando al numero di quark (coalescenza) i protoni si discostano dai pioni per alte centralità

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 Lunedì 23/05/11, 12-14

25 25 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

26 26 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 Lunedì 23/05/11, 12-14

27 27 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


28 Ridge in collisioni pp: CMS Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, Correlazioni a lungo raggio: arXiv: Prima osservazione di simili correlazioni in collisioni pp in eventi di alta molteplicità

29 29 periferiche centrali Dipendenza dalla centralità Contropicco: Sopressione del jet Spostamento del picco: Risposta del mezzo Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

30 Correlazioni di particelle a LHC Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11,

31 31 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 a RHIC Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

32 Correlazione a 3 particelle (LHC) Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, < p T Trigger < 4 GeV/c 1 < p T Associated < 2 GeV/c Proiezione nella direzione fuori dalla diagonale

33 Soppressione nei jet Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, L1L1 L2L2 In una collisione PbPb la la formazione di un mezzo denso (QGP) può portare alla soppressione di particelle di alto impulso L 1 L 2 Forte dipendenza dal parametro dimpatto(b) ΔE i aumenta con L i Produzione di una coppia di jet

34 R AA ALICE, soprressione segnali con grandi momenti (jet quenching) 34 ALICE STAR/ PHENIX Estesa la misura di jet quenching allenergia di 7 TeV e fino ad impulsi di 20 GeV/c

35 Ancora sul rapporto R AA a LHC Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, Dipendenza dalla centralità, energia del jet e quark

36 Jet quenching in 36 ATLAS arXiv: Assimmetria nellenergia dei jet (leading - subleading): definizione comune ad ATLAS e CMS Correlazione angolare dei jet leading e jet subleading Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

37 Jet quenching (ATLAS e CMS) 37 Passando da collisioni periferiche a collisioni centrali: il jet subleading ha unenergia più piccola del jet leading la correlazione angolare si allarga

38 Jet quenching (CMS) 38 Passando da jet subleading con piccolo quenching a quelli con altro quenching è stato osservato un sensibile cambio nella forma del jet Submitted to Phys. Rev. C Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, 12-14

39 Conclusioni Fisica subnucleare - F. Noferini Lunedì 23/05/11, Lattività ad LHC ( ) ha permesso la caratterizzazione degli eventi in collisioni pp e PbPb in intervalli di energia e di molteplicità fino ad allora inesplorati con il contributo di tutti gli esperimenti principali Nel Novembre del 2010 abbiamo avuto le prime collisioni PbPb e sono stati osservati in breve tempo segnali interessanti in alcuni casi confrontabili con quelli del RHIC per precisione Linnovazione nei rivelatori ha permesso inoltre di ampliare il numero di osservabili: – Identificazione di particelle a impulsi più elevati (ALICE-TOF) – Jet ad altissimo impulso per lanalisi del jet quenching in collisioni PbPb (ATLAS e CMS)


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