Adronizzazione in collisioni pp e nucleo-nucleo (AA) e caratterizzazione delle interazioni nucleo-nucleo Dr. Francesco Noferini Per il corso di Fisica Subnucleare A.A. 2011-2012 F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012) Argomenti Caratterizzazione delle collisioni AA Modelli per descrivere la “geometria” delle collisioni nucleo nucleo Misura delle carratteristiche degli eventi Meccanismo di produzione delle particelle in collisioni PbPb Caratteristiche dei jet in collisioni AA (correlazioni a due particelle) La coalescenza dei partoni come meccanismo competitivo alla adronizzazione (anisotropia azimutale dei prodotti della collisione) F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012) Lezione 1 F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Centralità in collisioni ione-ione Quark e gluoni prodotti nei primi istanti della collisione b Parametro di impatto Regione di sovrapposizione dei due nuclei QGP Nucleoni (n,p) che non partecipano alla collisione La centralità della collisione può essere espressa anche in termini dei nucleoni che partecipano alla collisioni (Npart) F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012) Modello di Glauber Modello semi-classico per la geometria della collisione tra due nuclei con parametro di impatto b Interazione tra nuclei espressa come sovrapposizione incoerente di interazioni tra i nucleoni che costituiscono il nucleo Si può descrivere la collisione nucleo-nucleo con il calcolo delle probabilità La collisione di due nuclei è una sequenza di eventi (=collisioni tra nucleoni) indipendenti Permette un calcolo quantitativo di: Probabilità di interazione Numero di collisioni elementari nucleone-nucleone (Ncoll) Numero di nucleoni partecipanti (Npart) Si definiscono partecipanti i nucleoni nel volume di “overlap” dei due nuclei che collidono Chiamati anche “Wounded nucleons” Numero di nucleoni spettatori Sono quelli che non partecipano Dimensioni della regione di overlap … F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Modello di Glauber: assunzioni di base (“Optical limit”) I nucleoni all’interno dei nuclei sono considerati puntiformi Dimensione del nucleone << dimensione del nucleo I nucleoni all’interno dei nuclei sono considerati indipendenti Nell’interazione tra un nucleone del nucleo proiettile e un nucleone del nucleo bersaglio si trascura l’effetto degli altri nucleoni che compongono i nuclei collidenti Buona approssimazione ad alte energie in cui la lunghezza d’onda di DeBroglie dei nucleoni del nucleo proiettile è molto minore della tipica distanza tra due nucleoni all’interno del nucleo bersaglio (tipicamente di ≈1.2 fm) Ad esempio alle energie SPS (pBEAM = 160 GeV/c ) F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Modello di Glauber: assunzioni di base (“Optical limit”) Il nucleo (e quindi i nucleoni che lo costituiscono) viaggia in linea retta e non viene deflesso nell’interazione Buona approssimazione ad alte energie Ad alte energie l’impulso trasverso scambiato nella collisione è trascurabile rispetto alla componente longitudinale A basse energie i nuclei sono deflessi rispetto alla traiettoria lineare per via della repulsione coulombiana In questi casi si può usare un “Coulomb modified Glauber model” che tiene in conto della deflessione coulombiana. I protoni e i neutroni sono indistinguibili F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Modello di Glauber: altre approssimazioni La sezione d’urto per una collisione elementare nucleone-nucleone è la stessa per tutto il passaggio di un nucleone attraverso il nucleo bersaglio. Un nucleone dopo la prima interazione passa in uno stato eccitato (“baryon-like object”) e quindi nelle successive collisioni potrebbe interagire con una diversa sezione d’urto Motivo dell’approssimazione: ad alta energia tempo tra due collisioni << tempo di formazione delle particelle prodotte nella collisione F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012) Physical input Sezione d’urto nucleone-nucleone Dipende dall’energia (s) della collisione Costante per tutte le collisioni tra nucleoni che avvengono all’interno della collisione tra nuclei La sezione d’urto ha diverse componenti: Elastica Inelastica (con perdita di energia). Suddivisa in eventi: Non Diffrattivi (i nucleoni collidenti acquisiscono colore e si rompono) Diffrattivi (i nucloni collidenti mantengono i loro numeri quantici rimanendo “colourless”) Nei calcoli della geometria di collisioni nucleo-nucleo con il modello di Glauber si usa la componente inelastica (sinel) Distribuzione della densità di nucleoni all’interno del nucleo Da misure di scattering elastico elettrone-nucleo o neutrone-nucleo F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012) Sezione d’urto LHC(p) SPS RHIC (top) LHC(Pb) Laboratory beam momentum (GeV/c) F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Densità di nucleoni nel nucleo Le misure dei fattori di forma hanno permesso di studiare le distribuzioni radiali di carica nei nuclei La densità di carica nella parte centrale è costante La superficie dei nuclei non è definita in modo netto Alla superficie la densità scende a zero in modo graduale Funzioni usate per riprodurre la distribuzione di carica: 2-parameter Fermi (Woods-Saxon) 3-parameter Fermi 3-parameter Gauss densità al centro del nucleo “skin depth” raggio nucleare F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Esempi di densità di nucleoni (I) Nucleo di Pb (Z=82, A=208) parametrizzazione 2pF r0 = 6.624 fm d = 0.549 fm r0 = 0.159 fm-3 F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Parametri delle densità nucleari Punti (in nero) presi dai parametri dei fit alle misure di scattering deep inelastico DeJager et al, At. Data and Nucl. Data Tables (1979) Semplice parametrizzazione in funzione del numero di massa A (Curve in rosso) F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Configurazione nucleare Una configurazione nucleare è definita dalle coordinate dei nucleoni che costituiscono il nucleo Ad esempio per il nucleo A con: F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Configurazione nucleare La probabilità di avere un nucleone nell’elemento di volume d2sdz in posizione (s,z) del nucleo A è data da: dove rA(siA,ziA) è la densità di nucleoni all’interno del nucleo A F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Nuclear thickness function Si usa l’approssimazione che i nucleoni viaggiano in linea retta Le coordinate {siA} non cambiano dopo le collisioni La coordinata lungo l’asse del fascio ziA non è rilevante In questa approssimazione la configurazione nucleare è definita solo dalle coordinate {siA} sul piano trasverso e si può definire la “nuclear thickness function” : che rappresenta la probabilità di trovare un nucleone nel nucleo A alla coordinata trasversa sA F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Normalizzazione della nuclear thickness function Perché rappresenti una probabilità la nuclear thickness function deve essere normalizzata in modo che: Poiché l’integrale delle densità di nucleoni all’interno del nucleo r( r ) mostrate in precedenza è normalizzato al numero di nucleoni A, le densità nucleari devono essere definite come F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012) Grafici di TA TA(x,y) per il nucleo di Pb Data la simmetria sferica del nucleo, TA(x,y) dipende solo dal raggio r F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Coordinate sul nucleo bersaglio La nuclear thickness function del nucleo B è: Nel sistema di coordinate centrato sul centro del nucleo A si ha: da cui F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Probabilità di una collisione nucleone-nucleone (I) La probabilità che in un elemento di area trasversa d2s (con coordinate s rispetto al nucleo A e b-s rispetto al nucleo B) avvenga una collisione nucleone-nucleone e’ data dal prodotto di: probabilità di avere un nucleone del nucleo A nell’area d2s probabilità di avere un nucleone del nucleo B nell’ area d2s sezione d’urto per una collisione inelastica nucleone-nucleone F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Probabilità di una collisione nucleone-nucleone (II) La probabilità che in una collisione di due nuclei A e B a parametro di impatto b avvenga una collisione tra due nucleoni e’ data da: Dove si è introdotta la nuclear overlap function: in cui TA(s)TB(b-s)d2s rappresenta la probabilità di avere un nucleone del nucleo proiettile A e un nucleone del nucleo bersaglio B nella stessa unità di area d2s sul piano trasverso TAB(b) ha le dimensioni dell’inverso di un’area (es. fm-2) F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012) Grafici di TAB(b) Se i nuclei non sono deformati, la nuclear overlap function dipende solo dal modulo del parametro di impatto e non dalla sua direzione TA(b) per collisioni InIn e PbPb TAB è normalizzato in modo che ∫d2bTAB(b) = 2p∫bdbTAB(b) = 1 F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Probabilità di n collisioni nucleone-nucleone La probabilità che in una collisione di due nuclei A e B a parametro di impatto b avvengano n collisioni nucleone-nucleone è data dalla legge binomiale: Numero di combinazioni che consentono di avere n interazioni su AB “incontri” tra nucleoni dei due nuclei Probabilità di avere n collisioni tra nucleoni Probabilità di avere AB-n nucleoni che non intergiscono F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Probabilità di interazione nucleo-nucleo I due nuclei subiscono una collisione inelastica se c’è stata almeno una collisione inelastica tra due dei nucleoni che li costituiscono dove P0(b) è la probabilità che non avvenga nessuna collisione inelastica tra due nucleoni. Ed è data da: Quindi: F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012) Grafici di pAB vs. b (I) La probabilità di interazione dei due nuclei è =1 per b<≈2R Diminuisce per b>2R, quando solo le code delle Woods-Saxon si sovrappongono F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Sezione d’urto inelastica per collisioni nucleo-nucleo La sezione d’urto totale per una collisione inelastica tra due nuclei A e B è data da: La sezione d’urto per eventi con parametro di impatto b<bc è data da: F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Numero di collisioni vs. b Il numero medio di collisioni in una collisione tra due nuclei A e B con parametro di impatto b si ottiene usando la proprietà della media della distribuzione binomiale: dove N è il numero di “prove” e p la probabilità di successo Nel nostro caso: da cui: F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012) Grafici di Ncoll vs. b Ncoll grande per collisioni centrali (b≈0) Ncoll0 per collisioni periferiche (b≈2R) A parità di parametro di impatto, Ncoll cresce al crescere della dimensione dei nuclei collidenti (Ncoll  AB, Ncoll<<AB) F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Interazione di un nucleone (I) La probabilità di interazione tra un nucleone del nucleo proiettile A con coordinata s sul piano traverso con uno dei B nucleoni del bersaglio è: TB(b-s) è la probabilità di avere un nucleone nel nucleo B alla coordinata trasversa b-s (misurata rispetto al centro del nucleo B) La probabilità che non interagisca è: La probabilità che un nucleone del nucleo proiettile A non interagisca con nessuno dei B nucleoni del nucleo bersaglio è data da: F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Interazione di un nucleone (II) La probabilità che un nucleone del nucleo proiettile A con coordinata s sul piano traverso interagisca con almeno uno dei B nucleoni del bersaglio è: pnB rappresenta la probabilità di interazione nucleone-nucleo Analoga a quella nucleo-nucleo pAB(b)=1-[1-sinelTAB(b)]AB con A=1 Integrando sulle possibili posizioni del nucleone n all’interno del nucleo A: TA(s) è la probabilità di trovare un nucleone del nucleo A nel punto di coordinata trasversa s. PnB(b) è la probabilità che il nucleone n del nucleo A interagisca con uno qualunque dei nucleoni del nucleo B, cioè che il nucleone n sia un nucleone partecipante F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Numero di partecipanti (I) La probabilità di avere a nucleoni partecipanti nel nucleo A è quindi data dalla legge binomiale: Il numero medio di partecipanti del nucleo A sarà quindi: Ripetendo il ragionamento per il nucleo bersaglio si ha che il numero medio di partecipanti del nucleo B è: F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Numero di partecipanti (II) Il numero medio di nucleoni partecipanti in collisioni con parametro di impatto b è dato da Contributo del nucleo bersaglio Contributo del nucleo proiettile Probabilità che il nucleone del nucleo proiettile A interagisca con almeno uno dei nucleoni del nucleo B Numero di nucleoni nel nucleo proiettile Probabilità di avere un nucleone in posizione s nel nucleo proiettile F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Grafici di Npart vs. b (I) Npart grande (≈ A+B) per collisioni centrali (B≈0) Npart0 per collisioni periferiche (B≈2R) A parità di parametro di impatto, Npart cresce al crescere della dimensione dei nuclei collidenti ( NpartA) F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Numero di collisioni per partecipante Al crescere della centralità e di sinel cresce il numero medio di collisioni subite da ciascun nucleone partecipante La dipendenza da sinel è dovuta a Ncoll dato che Npart varia poco con sinel Accel. √s (GeV) stotal (mb) sinel (mb) AGS 3-5 40 21 SPS 17 33 RHIC 200 50 42 LHC(Pb) 5500 90 60 F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Densità di partecipanti (I) Si può calcolare la densità dei nucleoni partecipanti = numero di partecipanti per unità di area nel piano trasverso La densità di partecipanti (così come quella di collisioni e quella di energia depositata) è massima al centro della regione di overlap dei nuclei collidenti diminuisce man mano che si va verso i bordi F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Densità di partecipanti (II) La zona di interazione (“fireball”) è costituita da: una regione centrale (“core”) dove c’è un’alta densità di collisioni, quindi alta densità di energia e alta temperatura Nel “core” caldo si possono realizzare le condizioni per la formazione del QGP i bordi (“corona”) dove la densità di energia e la temperatura sono più bassi F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Dipendenza dalla centralità e dall’energia: RHIC PHOBOS Dipendenza anche da Ncoll Dipendenza solo da Npart F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

dNch/dh vs. centralità (PbPb) Molteplicità di particelle cariche in eventi PbPb in funzione della centralità Fino a 1600 tracce cariche per unità di rapidità nelle collisioni più centrali F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012) Numero di spettatori Il numero medio di nucleoni spettatori per collisioni nucleari a parametro di impatto b si ricava da quello di partecipanti come: ed è ovviamente grande per collisioni periferiche e piccolo per collisioni centrali Nel caso di collisioni di nuclei uguali (A=B), si calcola facilmente il numero medio di spettatori dei nuclei proiettile e bersaglio: F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

The ZDC (zero degree calorimeter) detector at PHENIX F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

The BBC detector at PHENIX beam pipe Z-direction R-direction Collision point BBC inner ring middle ring outer ring RING ID BBC F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Centralità: BBC vs ZDC (PHENIX) 0-5% 15-20% 10-15% 5-10% F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012) ZDC in ALICE Si può misurare l’energia degli spettatori di entrambi i nuclei collidenti Servono 2 set di calorimetri, ai due lati della zona di interazione I campi magnetici dell’ottica del fascio deflettono gli spettatori: I neutroni (carica nulla) proseguono in linea retta I frammenti (rapporto Z/A ≈ 1/2, simile a quello dei nuclei del fascio), proseguono all’interno del tubo del fascio e non vengono rivelati I protoni (rapporto Z/A=1) sono deflessi fuori dal tubo di fascio Servono due calorimetri (uno per i protoni e uno per i neutroni) da ciascun lato del punto di interazione  in totale 4 ZDC Proton ZDC Neutron ZDC F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012) Beam pipes

F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012) VZERO in ALICE Il rivelatore VZERO di ALICE è posto nella regione in avanti (entrambi I lati) ed è dedicato, oltre che al trigger degli eventi, alla misura della molteplicità carica. La molteplicità misurata evento per evento dal VZERO fornisce una stima della centralità degli eventi in collisioni PbPb. F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Misure di molteplicità in ALICE TPC L’ottimo accordo tra la distribuzione di molteplicità del VZERO e quella riprodotta con simulazioni MC che includono il modello di Glauber è la ragione per cui la molteplicità nel VZERO costituisce la misura di riferimento per la centralità in ALICE. F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012) Lezione 2 F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Misure di molteplicità in ALICE TPC L’ottimo accordo tra la distribuzione di molteplicità del VZERO e quella riprodotta con simulazioni MC che includono il modello di Glauber è la ragione per cui la molteplicità nel VZERO costituisce la misura di riferimento per la centralità in ALICE. F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Dipendenza dalla centralità e dall’energia: RHIC PHOBOS Dipendenza anche da Ncoll Dipendenza solo da Npart F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

dNch/dh vs. centralità (PbPb) Molteplicità di particelle cariche in eventi PbPb in funzione della centralità Fino a 1600 tracce cariche per unità di rapidità nelle collisioni più centrali F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Centralità ed eccentricità L’eccentricità è definita per ogni classe di centralità come: e misura l’asimmetria geometrica iniziale nella regione di interazione. a b Esistono vari modi per classificare la centralità: Model dependent: b (parametro d’impatto), Npart, ε (eccentricità) Sperimentali (in percentuale [%]): EZDC, molteplicità nella regione centrale o in avanti

Misura del piano di reazione out plane Il piano di reazione è definito come il piano che contiene l’asse z (direzione dei fasci incidenti) e la direzione che congiunge i due centri dei nuclei sul piano transverso (in plane). Lungo quest’ultima la produzione di particelle risulta massima a causa di gradienti di pressione più grandi (prossime diapositive). La misura dell’anistropia dei prodotti può essere utilizzata per ricavare il piano di reazione (angolo  sul piano trasverso) evento per evento.  in plane dN/dφ 2v2 F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Misura del piano di reazione con il VZERO in ALICE La misura della molteplicità nei vari settori (8) del VZERO permette di dare una stima del piano di reazione. Molteplicità in un settore Angolo azimutale di un settore Questa tecnica può essere estesa anche ad altri rivelatori (per esempio al tracciatore principale, TPC in ALICE). Tuttavia conviene mantenere la indipendenza tra le regioni cinematiche utilizzate per misurare il piano di reazione e quelle su cui si intende fare le misure di fisica (per evitare correlazioni di altra natura: jet, fluttuazioni, …) F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012) Altre armoniche Il caso percedente di asimmetria ellittica (derivante dalla geometria della collisione) può essere esteso ad altre armoniche che possono essere generate dalle fluttuazione evento per evento. Per esempio l’armoinca di grado 3 (triangolare): Anche in questo caso si può generalizzare la formula precedente: N.B.  E 3 sono indipendenti fra loro. F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Risoluzione nella misura del piano di reazione Per molti osservabili occorre conoscere la risoluzione che si ha nel misurare il piano di reazione per rimuovere effetti di rivelatore nelle misure finali. Il metodo più semplice per stimare tale risoluzione è quella di avere più misure indipendenti (almeno 2) dell’angolo . Metodo con 3 sottoeventi: date tre misure a, b, c si possono stimare le correlazioni reciproche Cij per la grandezza che si vuol misurare. Per esempio: O = cos(2( - ))  Cij = <cos(2(i - j))> O = cos(3( - ))  Cij = <cos(3(i - j))> … L’osservabile andrà quindi corretto: risultato = <Oa>/a = <Ob>/b = <Oc>/c F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Produzione di particelle 2 1 3 4 u x u d u x d u x x x d u x u x x d x x x u x x u La produzione di particelle è un fenomeno dominato dall’interazione forte nel regime non perturbativo descritto da modelli di stringa/cluster (vedere lezioni del Dr. R. Nania). C’è differenza nella frammentazione dei jet tra collisioni pp e PbPb? 55

F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012) Collisioni PbPb 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) F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012) Soppressione nei jet Produzione di una coppia di jet In una collisione PbPb la la formazione di un mezzo denso (QGP) può portare alla soppressione di particelle di alto impulso L1≠L2 Forte dipendenza dal parametro d’impatto(b) ΔEi aumenta con Li L1 L2 F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

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. No dipendenza da centralità D + Au AuAu central Soppressione quanto la centralità aumenta J. Adams et al. [STAR Collaboration], Phys. Rev. Lett. 91 (2003) 072304 J. Adams et al. [STAR Collaboration], Phys. Rev. Lett. 97 (2006) 162301

Jet IN-plane e OUT-of-plane J. Phys. G30 S1238 (2004) OUT La soppressione del contro-jet osservata da STAR in funzione dell’angolo di uscita del jet rispetto al piano di reazione è consistente con una perdita di energia dipendente dallo spazio percorso nel mezzo. IN F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Dipendenza dalla centralità periferiche Contropicco: Sopressione del jet Spostamento del picco: Risposta del mezzo F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

conical flow? 3-particle correlation pTtrig=3-4, pTassoc=1-2 GeV/c 2-particle corr, bg, v2 subtracted Dφ2=φ2-φtrig d+Au min-bias dN2/dΔφ1dΔφ2/Ntrig Dφ1=φ1-φtrig Au+Au 10% Tre regione per away side: center = (p, p) ±0.4 corner = (p+1,p+1) ±0.4 x2 cone = (p+1,p-1) ±0.4 x2 away near Medium mach cone Df1 Df2 p Differenze in Au+Au [average signal per radian2]: center – corner = 0.3 ± 0.3 (stat) ± 0.4 (syst) center – cone = 2.6 ± 0.3 (stat) ± 0.8 (syst) Medium away near deflected jets Df1 Df2 p L’effetto Mach cone non si vede nei dati F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Jet e modelli idrodinamici Hydro+Jet model (T.H. & Y.Nara (’02)) La produzione di mini-jet non è l’unico meccanismo di produzione di particelle se si crea una nuova fase di materia. Possiamo schematizzare il processo come la sovrapposizione di una componente hard (jet e minijet) descritta da pQCD e una componente soft (QGP) descritta da modelli idrodinamici per il QGP. y Au+Au 200AGeV, b=8 fm x F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Flusso ellittico - caratteristiche L’anisotropia geometrica che è all’origine del flusso ellittico si attenua con l’evoluzione del sistema Anche in caso di espansione libera (sistema non interagente) l’eccentricità della fireball diminuisce con l’aumentare della dimensione del sistema I gradienti di pressione che sono all’origine del flusso ellittico sono più forti nei primi istanti dopo la collisione Il flusso ellittico è quindi particolarmente sensibile all’equazione di stato (i.e. velocità del suono) del sistema nei primi istanti della collisione. Ultracold Fermionic Atom Fluid (6Li) F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012) 63

Strong QGP: il flusso ellittico Le particelle sono emesse più probabilmente lungo il piano di reazione L’espansione è guidata da un gradiente di pressione dN/dφ 2v2 F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012) Risultati di RHIC Confronto del flusso ellittico con un modello idrodinamico. Il QGP è un fluido ideale (fortemente interagente) a viscosità quasi nulla. F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012) Coalescenza L’anisotropia di tipo ellittico segue uno scaling con il numero di partoni costituenti: PRL 92 (2004) 052302; PRL 91 (2003) 182301 P. Sorensen Se il flusso ellittico è prodotto nella fase partonica, quando il sistema adronizza ogni particella riceve un v2 e un pT in dipendenza del suo contenuto di quark. F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Fisica subnucleare - F. Noferini Martedì 17/05/11, 15-17 Coalescenza 1 2 3 4 5 [GeV/c] 10-1 10-2 10-3 10-4 dN/pTdpTdy PRL 92 (2004) 052302; PRL 91 (2003) 182301 P. Sorensen Fisica subnucleare - F. Noferini Martedì 17/05/11, 15-17

Produzione di particelle Pb u d u d u d u d u d u u d Pb u 2 1 3 4 u s d s u d d u x d u x d x x u x x x x u x x x d x x x x x x u d x u d Se la densità di partoni è molto alta la probabilità che questi si ricombinino (devono essere vicini nello spazio delle fasi) può essere alta e superare quella di frammentazione (modello a stringa). 68

Misura del flusso in ALICE a LHC F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Particle IDentification (PID) Tagli PID: tagli asimmetrici in  (TOF) per , K and p. pt range: 0.3 < pt < 3.5 GeV/c  π 0.4 < pt < 2.5 GeV/c  K 0.5 < pt < 4.0 GeV/c  p 20/09/2011 - (SQM11) Cracow, Poland

Flusso ellittico in ALICE Le misure a LHC del flusso ellittico sono state subito competitive con quelle di RHIC e l’identificazione di particelle permette di investigare diversi scenari. F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Confronto tra le diverse specie Caratteristiche generali: mass splitting crossing point intorno a 2 GeV/c Per collisioni ad alte centralità la descrizione dei modelli idrodinamici che funzionavano a RHIC non descrivono il flusso dei protoni in collisioni centrali. L’aggiunta nei modelli di effetti di re-scattering adronico successivi all’adronizzazione riescono a riprodurre meglio i dati. F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Flusso ellittico per quark Anche normalizzando al numero di quark (coalescenza) i protoni si discostano dai pioni per alte centralità. Questo non significa necessariamente che la coalescenza non funzioni più ma sicuramente qualcosa manca nei modelli per descrivere gli eventi a più alta densità di partoni. F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Flusso triangolare (v3) Nel modello di Glauber il flusso triangolare è atteso dalle fluttuazione dello stato iniziale. L’intesità di ν3 è fortemente collegata con la viscosità del fluido (shear viscosity, /s). 6) ν3 ha un comportamento simile a ν2 : mass splitting crossing point L’intensità è indipendente dall’eccentricità, ε2. 20/09/2011 - (SQM11) Cracow, Poland

Quark number scaling (ν3) ν2 ν3 8) ν3 segue il quark scaling meglio di ν2. ν3 vs. nq non funziona a bassi impulsi nelle collisioni centrali. 20/09/2011 - (SQM11) Cracow, Poland

Correlazioni a due particelle (ripresa) centrali periferiche Mach cone? Contropicco: Sopressione del jet Spostamento del picco: Risposta del mezzo F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012) RHIC jet e v3 S. Bathe PHENIX Overview, QM11 La deformazione “apparente” del contro-jet si spiega in termini delle correlazioni introdotte dall’anisotropia azimutale nel mezzo e non dalla deformazione del jet. No Mach cone!!!!! F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012) ALICE jet e v3 (ALICE) Phys. Lett. B708, (2012) 249 F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Coalescenza vs. (anti-)nuclei leggeri La coalescenza nella formazione dei nuclei leggeri può avvenire a livello barionico (non partonico) se la densità di barioni è molto alta. Una legge esponenziale per la probabilità di ricombinazione del tipo è stata osservata al SPS (Nucl. Phys. B144 (1978) 317, Giacomelli et Al.) e poi a RHIC (prossima diapositiva) dove è stata estesa fino al 4He(4He). F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

Produzione di anti-nuclei leggeri (STAR) F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012) Antimateria a LHC Segnali di anti-elio osservati da ALICE in eventi PbPb MB. Alcuni candidati 4He selezionati. F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)

F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012) Flusso del deuterio Phys.Rev.C80:064902,2009 Il flusso del deuterio a RHIC è in accordo, entro gli errori, con quello dei protoni una volta riscalato con il numero barionico (coalescenza). A breve si avranno risultati preliminari sui nuclei leggeri anche da ALICE. F. Noferini - Fisica Subnucleare (2012)