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IL PLASMA DI QUARK E GLUONI E LE COLLISIONI DI IONI PESANTI ULTRARELATIVISTICI Marzia Nardi INFN Torino Scuola Di Fisica Nucleare Raimondo Anni (II corso)

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Presentazione sul tema: "IL PLASMA DI QUARK E GLUONI E LE COLLISIONI DI IONI PESANTI ULTRARELATIVISTICI Marzia Nardi INFN Torino Scuola Di Fisica Nucleare Raimondo Anni (II corso)"— Transcript della presentazione:

1 IL PLASMA DI QUARK E GLUONI E LE COLLISIONI DI IONI PESANTI ULTRARELATIVISTICI Marzia Nardi INFN Torino Scuola Di Fisica Nucleare Raimondo Anni (II corso) Otranto, 29 maggio-3 giugno

2 Programma 1) Introduzione –sistemi di particelle relativistiche –introduzione alla QCD, simmetrie –QCD su reticolo –transizione di fase nel modello a bag 2-3-4) Collisioni di ioni pesanti ultrarelativistici –fasi della collisione –modello di Glauber e misura di centralita` –espansione, descrizione idrodinamica –segnali di deconfinamento: sonde dure –segnali di deconfinamento: sonde soffici Saturazione partonica: separazione degli effetti di stato iniziale/ finale

3 t<0t=0 0~10-15 fm/c QGP adroni freeze-out

4 Espansione: descrizione idrodinamica

5 Le particelle prodotte nelle collisioni primarie formano un sistema molto denso e fortemente interagente. La densita` di energia media iniziale e` sicuramente sufficiente a produrre il QGP. Problemi: 1.ce` tempo sufficiente per raggiungere lequilibrio ? 2.come facciamo a sapere se si e` formato il QGP e che proprieta` ha ?

6 Il tempo di termalizzazione e` valutato, usando calcoli perturbativi, dellordine di pochi fm/c. In realta` e` possibile (plausibile) che sia molto piu` breve grazie a fenomeni non perturbativi, anche meno di 1 fm/c. Lequilibrio e` essenziale per la validita` della descrizione idrodinamica.

7 Formule di base Equazione di continuita`: Conservazione di energia ed impulso: Da contraendo con u si ottiene che combinata con le identita` termodinamoche da` (conservazione dellentropia).

8 Il sistema si espande longitudinalmente con velocita` molto piu` elevata che in direzione trasversale. Durante lespansione la temperatura diminuisce, si ha la transizione di fase QGP->adroni. Il gas di adroni si comporta come un fluido fino al freeze- out cinetico. La descrizione idrodinamica segue levoluzione del sistema partendo da condizioni iniziali scelte in modo da riprodurre i dati dello stato finale. E` possibile implementare una transizione di fase.

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10 Modello di Bjorken Unipotesi semplificativa molto usata consiste nellassumere invarianza per boost longitudinale. Questa ipotesi e` valida ad energie asintoticamente alte. In pratica lapprossimazione si puo` applicare solo nella regione attorno alla rapidita` centrale e ben lontano dalle regioni di frammentazione dei nuclei iniziali.

11 00 y y t < 0 t > 0 y beam ~y beam -1-y beam dN/dy

12 Flusso radiale fireball in espansione: Il flusso collettivo consiste in una correlazione tra la posizione e il momento medio delle particelle. Nel caso di urti non centrali la velocita` trasversa v T dipende anche dallangolo azimutale,. Il valor medio di v T rispetto a e`chiamato flusso radiale z x y vTvT x, v(x)=P/E vLvL

13 Si assume equilibrio termodinamico locale: Il numero di particelle prodotte e` un invariante relativistico. Si definisce una superficie tridimensionale (x) nello spazio-tempo sulla quale contare le particelle che passano: La distribuzione in momento invariante e` (Formula di Cooper-Frye)

14 Spettri termici La distribuzione in momento in un modello termico e`: Notare l m T -scaling: la temperatura T e` la stessa per tutte le particelle. Il flusso collettivo altera la distribuzione termica: a grandi m T (p T >>m) : T slope ~ T f (1+v T )(1-v T ) blue shift ! a piccoli m T : T slope ~ T f + m 2 /2 m T -scaling NB: la descrizione idrodinamica vale per p T <2GeV

15 calcolo idrodinamico:

16 Risultati: SPS

17 risultati :RHIC pp: notare m T -scaling

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19 I calcoli idrodinamici riproducono i dati sperimentali assumendo una fase deconfinata seguita da un gas adronico. I parametri usati sono: I tempi di equilibrio richiesti dal fit idrodinamico sono brevissimi !

20 flusso ellittico b=0 Una collisione non centrale produce un flusso anisotropo nel piano trasverso.

21 I dati sperimentali sono riprodotti assumendo che il plasma e` un fluido a viscosita` nulla. Fluido ideale !

22 Notare lincrocio tra mesoni e barioni ad alti p T : si puo` spiegare ammettendo che il flusso adronico osservato proviene da un flusso partonico preesistente

23 HBT Unindicazione sulle dimensioni della sorgente adronica si puo` ottenere analizzando le correlazioni tra adroni con il metodo interferometrico Hanbury Brown- Twiss. Risultati sperimentali non in accordo con le previsioni dellidrodinamica ! Viscosita`non nulla ? HBT puzzle

24 adronizzazione statistica La molteplicita` delle specie adroniche e` ben descritto da un semplice modello statistico. i =+1 per fermioni, -1 per bosoni, massimizzando lentropia con i vincoli: si ha con Se il numero di quark s e` conservato: e` il fattore di saturazione di stranezza

25 La temperatura di equilibrio chimico aumenta con lenergia, il potenziale chimico diminuisce s aumenta T RHIC SPS

26 stranezza Nella fase deconfinata la produzione di quark s non e` sfavorita come nelle interazioni adroniche elementari.

27 corno di Marek Inizio della trasparenza nucleare o della statistica grancanonica ?

28 un fascino strano…

29 boom !!!

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31 0 /2 /2

32 Saturazione partonica

33 Scattering di adroni ad alte energie Nuovo fenomeno: saturazione partonica Dati di HERA: Ad alte energie un adrone appare denso.

34 Densita` di gluoni

35 Color Glass Condensate Teoria effettiva classica: limite della QCD ad alte densita` color : i partoni hanno carica di colore glass : evolvono lentamente rispetto alla loro scala di tempo condensate : la loro densita` e` proporzionale allinverso della costante di accoppiamento, tipico di un condensato di Bose.

36 Assumiamo che il numero di particelle prodotte e`: o xG(x, Q s 2 ) ~ 1/ s (Q s 2 ) ~ ln(Q s 2 / QCD 2 ). La costante moltiplicativa c e` estratta con un fit dai dati (PHOBOS,130 GeV, multiplicita` di adroni carichi, Au-Au 6% centrale,| |<1 ): c = 1.23 ± 0.20 Parton production

37 Primo confronto con i dati sperimentali s = 130 GeV EKRT

38 PHOBOS PHENIX Energy and centrality dependence / RHIC

39 dipendenza dalla rapidita` PHOBOS W=200 GeV Au-Au Collisions at RHIC Satur. model

40 Urti d-A (p-A): solo stato iniziale (non si forma mezzo denso), occasione unica per studiare effetti di saturazione Urti A-A: importante calcolare con la massima precisione possibile gli effetti dello stato iniziale in modo da separarli dagli effetti dovuti alle interazioni nelle successive fasi dellevoluzione del sistema. Possibili sviluppi: un asimmetria nella distribuzione dei gluoni iniziali contribuisce a v 2 : il contributo dellidrodinamica e` minore, richiede viscosita` finita. Soluzione dell HBT puzzle ?


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