1
Charakterystyki poprzeczne Charakterystyki poprzeczne hadronów w oddziaływaniach hadronów w oddziaływaniach elementarnych i jądrowych elementarnych i jądrowych
wysokiej energii wysokiej energii
Bożena BoimskaIPJ
2
Wprowadzenie
Eksperyment NA49 Analiza Wyniki
próba ich zrozumienia – porównanie z modelami
wyniki z innych eksperymentów
Podsumowanie
Plan seminariumPlan seminarium
3
charakterystyki związane z pędem poprzecznym cząstek:
Charakterystyki poprzeczne ...Charakterystyki poprzeczne ...
rozkłady pT
korelacje pT - pL
współczynnik modyfikacji jądrowej RAB(pT)
Niosą informację o dynamice reakcji
Wyniki dla rożnych:● typów zderzeń (h+h, h+A, A+A)● typów cząstek w stanie końcowym● energii zderzenia
Wyniki mojej analizy (dane NA49) oraz z innych eksperymentów (przy SPS i RHIC)
4
Eksperyment NA49Eksperyment NA49
przy akceleratorze SPS w CERN
na stałej tarczy
badane różne systemy: h+p, h+A, A+A
szerokie pokrycie przestrzeni fazowej (przednia półkula)
identyfikacja cząstek
Podstawowe detektory
komory projekcji czasowej (VTPC, MTPC)
- rekonstrukcja torów cząstek
- identyfikacja cząstek (dE/dx)
Centralność zderzenia (b, Nw, ע)
h+A: CD – detekcja „szarych” protonów
A+A: VCAL – detekcja „obserwatorów” pocisku
5
typowo: σdE/dx ~ 4%
N – liczba punktów na śladzie
→ „global tracking”, wtedy N dużeNmax=234
N1
σdE/dx
Identyfikacja cząstekIdentyfikacja cząstek
przy użyciu informacji o stratach energii cząstek na jonizację
6
Badane zderzeniaBadane zderzenia
pp@158GeV 2.5M
pp@100GeV 260k
pp@40GeV 80k
różne centr. pPb@158GeV 850k
dodatkowo: różne centr. PbPb@158AGeV
Badane cząstkiBadane cząstki
Wyniki nie poprawione na rozpady: Λ, Σ, K0
S, ale oszacowany ich wpływ
Charakterystyki pT badane dla różnych obszarów xF
p,
s2p
xCM
LF CM – układ środka masy N-N
, p ,
7
FRITIOF wersja 7.02 i VENUS wersja 4.12
wymiana koloru
wzbudzenie podłużne
oddziaływania pp@158GeV: wygenerowane próbki po 500k
Modele fenomenologiczneModele fenomenologiczne
8
Widma pWidma pTT
Rozkłady gęstości średni pT
pp
pPb
9
Korelacje <pKorelacje <pT T > - x> - xFF
pp@158GeV
Błędy syst. w MeV/c:
xF p p π
10 20 4
0.1
0.3 15 80 6
Różnica pomiędzy p i p oraz + i - (widoczna szczególnie przy większych xF) może być przypisana wpływowi składu kwarkowego cząstek w stanie końcowym i początkowym
10
pp@158GeV
Korelacje <pKorelacje <pT T > - x> - xFF
Zależność od krotności nZależność od krotności nchch
dla 0.1<xF<0.5 większe <pT> dla przypadków z większą krotnością
przejaw występowania twardych procesów?
11
Próba zrozumienia Próba zrozumienia wynikówwyników
Na przykładzie pionów
W ramach modeli partonowych:
pT frag
kT
pT pQCD
pQCDT
p
TfragTT pkpp
npQCDT
Tylko wzrost Phard prowadzi do wzrostu krotności.
Dla Phard: największy wzrost <pT> w obszarze 0.1<xF<0.5
12
Zależność od energii
Korelacje <pKorelacje <pT T > - x> - xFFoddziaływania p+p
[Morr72] D.Morrison „Review of Many-Body Interactions at High Energy”, Proc. 4th Int. Conf. on High-Energy Collisions, Oxford (1972)
dla obszaru 0.1< xF<0.5
piony - wyraźna zależność
protony - brak zależności
(wzrost <pT>)
Również dla oddziaływań e+e- i l+h dla hadronów naładowanych
wzrost <pT> z energią w badanym obszarze xF (Z.Phys.C22(1984)307, Z.Phys.C27(1985)239, Nucl.Phys.B188(1981)1)
opis przez modele teoretyczne po uwzględnieniu wkładu od procesów twardych np. dla e+e- wkład od tych procesów znaczący już dla √s~10GeV
13
FRITIOF modif.: włączone procesy „twarde” (PYTHIA)
VENUS modif.: <pT>f = 450 MeV/c
<kT> = 450 MeV/c
Phard = 0.25p
π+
• modele po modyfikacjach dość
dobrze opisują π+
• równoczesny opis p i π+ nie jest możliwy
VENUS, FRITIOF vs. dane VENUS, FRITIOF vs. dane
14
pp@158GeV
FRITIOF w wersji zmodyfikowanej (z procesami „twardymi”) odtwarza rozkłady xF i pT pionów dodatnich.
Próba zrozumienia wyników – wpływ rezonansówPróba zrozumienia wyników – wpływ rezonansów
Na przykładzie pionów
FRITIOF - opis danych eksperymentalnych
15
Na przykładzie pionów
Rozważane rezonanse: ρ(770), ω(782), Δ(1232)
rezonanse dają ok. 45% wkładu do widm π+
π+ z rezonansów nie tylko dla małych xF i pT
Usunięcie π+ z rezonansów →efekt „mewy” silniejszy
Próba zrozumienia wyników – wpływ rezonansówPróba zrozumienia wyników – wpływ rezonansów
16
Korelacje <pKorelacje <pT T > - x> - xFF
pPb@158GeV
Wzrost <pT> dla pp→pPb
dla pPb
protony i piony
- zależność od ע(przy wyższych xF)
antyprotony- brak zależności od ע
Dla cząstek o składzie kwarkowym podobnym do składu kwarkowego pocisku protonowego widoczny wpływ „wzbudzenia” pocisku przy przejściu przez materię jądrową (np.wzrost kT partonów).
17
Korelacje <pKorelacje <pT T > - x> - xFF
Ewolucja p+pEwolucja p+p→p+Pb→Pb+Pb→p+Pb→Pb+Pb
pp
pPb
PbPb
ע
1
6.2
4.6
Nw
2
7
352
protony piony
złe ע Nw lepsze
małe xF → Nw dobrewiększe xF → ע lepsze
- zarówno Nw jak i ע ważne- rola ע rośnie z xF
18
Współczynnik modyfikacji jądrowej
)p,(pNN)p,(pN
)p,(pRLTppcoll
LTABLTAB
RAB > 1 - wzmocnienie
RAB < 1 - tłumienie
dla różnych systemów i energii
19
RRABAB przy RHIC przy RHIC
GeV200s
RAuAu RdAu
pT
nucl-ex/0403024
RAuAu
RdAu
• maleje z centralnością
• różny dla h± i ππo
• jest <1 dla zderz. central.
• rośnie z centralnością
• różny dla h± i ππo
• jest 1 dla zderz. central.
Efekty „stanu początkowego” czy „stanu końcowego”?
malenie RAuAu z powodu oddziaływań w stanie końcowym
021
Z
Z
pEpE
y ln
20
Efekty „stanu początkowego” (I)Efekty „stanu początkowego” (I)
),(
),(),(
2
2
2
22
21
1
2
QxF
QxFAQxR
D
A
A
F
„cieniowanie”
Modyfikacje rozkładów partonów dla jąder względem rozkładów dla „swobodnych” nukleonów:
Stosunek funkcji struktury:
x - ułamek pędu nukleonu niesiony przez „próbkowany” parton
Q2 – kwadrat przekazu czteropędu
10.x 12A
FR
3010 .. x
7030 .. x
1x
12A
FR
12A
FR
12A
FR
Mniejsze albo większe gęstości partonów dla jąder, zależnie od x:
• • • •
„antycieniowanie”
efekt EMC
wpływ ruchów Fermiego
21
Efekty „stanu początkowego” (II)Efekty „stanu początkowego” (II)
dla y 0Phys. Rev. D19 (1979) 764
3
pp3)α(p
3
pA3
dpσd
EAdp
σdE T
- widoczna zależność od typu cząstki
GeV27.4s
• dla dużych pT α(pT)>1
„Efekt Cronina” – zaobserwowany dla zderzeń p+A
Wynik wielokrotnych rozproszeń pocisku (lub jego partonów) przy przechodzeniu przez jądro.
- przy RHIC, dla dAu zachowanie podobne do efektu Cronina
22
Efekty „stanu początkowego” (III)Efekty „stanu początkowego” (III)
CGCPhys. Rev. D68 (2003) 094013
Phys. Rev. D68 (2003) 054009
hep-ph/0307179
hep-ph/0402137
Color Glass Condensate (CGC)efekt bardziej egzotyczny:
Skąd pomysł:
• Wyniki z eksperymentów przy akceleratorze HERA dotyczące rozkładów gluonów:
- przy maleniu x gęstość gluonów gwałtownie rośnie
• Całkowite przekroje czynne h+h:- dla wysokich energii rosną wolno z energią
Hipoteza:
Dla małych x gluony gęsto upakowane, stąd oddziaływania między nimi („gluon-gluon
fusion”) i dlatego gęstości gluonów ograniczone („gluon saturation”).
Dla oddziaływań jądrowych efekt powinien być silniejszy (zależność od A), bo większe gęstości gluonów.
Dla RHIC √s=200GeV y=0 pT=2GeV/c: x~10-2 zbyt duże, i efekty związane z CGC nie widoczne. Być może widoczne w obszarze „do przodu” ...
23
Efekty „stanu końcowego”Efekty „stanu końcowego”
Tłumienie dżetów („jet quenching”)
„jet quenching”
Phys. Lett.B243 (1990)432
Nucl.Phys.B420 (1994)583
Phys.Rev.D51(1995)3436Przewidywania teoretyczne, że:
• oddziaływanie partonów o wysokiej energii z gęstą, gorącą materią wytworzoną w zderzeniach ciężkich jonów prowadzi do strat energii partonów (poprzez „gluon bremsstrahlung”)
w eksperymencie obserwowany niedobór cząstek o dużych pT
Prawdopodobnie efekt ten powoduje, że przy enargiach RHIC (dla y=0) dla dużych pT RAuAu<1
24
RRABAB przy SPS przy SPS dla y 0 RAB
Problem: brak danych eksperymentalnych p+p przy energii SPS
Wyniki WA98 dla różnej centralności Pb+Pb → → π0 + X + X i i nowych danych nowych danych referencyjnych p+p referencyjnych p+p ::
dla dużych pT
zderzenia peryferyczne R>1
zderzenia centralne R=1
zderzenia bardzo centralne R<1
modele pQCD z tylko standardowymi efektami przewidują R>1
nucl-ex/0403055
Phys. Rev. C64 (2001) 034901 wzmocnienie produkcji dla dużych pT
RAB>1 (- model)
25
RRABAB przy RHIC - przy RHIC - dla energii 62.4 GeVdla energii 62.4 GeV
RAuAu
dla dużych pT:
zderzenia peryferyczne R>1
zderzenia centralne R=1
dla y 0 PHOBOS
nucl-ex/0405003
•
o
GeV62.4s
GeV200s
dla hadronów naładowanych
26
Gęstości energii:
RHIC > 5 GeV/fm3
SPS 2-3 GeV/fm3
Większe od εcrit na przejście do QGP
nucl-ex/0403055
R - zależność od energii (SPS, RHIC)R - zależność od energii (SPS, RHIC)
początki tłumienia produkcji cząstek z dużymi pT
występują już przy energii SPS !
27
R dla p+A przy SPSR dla p+A przy SPS A= Pb
dla midrapidity
oddziaływania centralne Ncoll=5.8
niestety tylko pT < 2 GeV/c
SPS RHIC
pT ~ 2 GeV/c
zależność od xF
zależność od typu cząstki
ze wzrostem xF RpPb maleje dla wszystkich pT
1RR0π
dAu
π
pPb
błędy syst. π , p: <5%, p: <15%, norm. ~6%-
RpPb
28
RRdAudAu vs. η vs. η
BRAHMS
2θtanlnη
dla hadronów
naładowanych
nucl-ex/0403052
...okazuje się, że przy RHIC podobne zachowanie dla
RdAu
zachowanie RdAu w funkcji η zgodne z Color Glass Condensate (CGC)
29
R dla d+Au - ewolucja z η i z centralnościąR dla d+Au - ewolucja z η i z centralnością
zależność od η i centralności zderzenia zgodna z przewidywaniami Color Glass Condensate (CGC)
nucl-ex/0403052
BRAHMS
dla hadronów naładowanych
RHIC
GeV200s
2θtanlnη
RCP
30
Interesujące obserwacje już przy SPS:
dla zderzeń bardzo centralnych Pb+Pb: RPbPb<1 (tłumienie dżetów?)
dla zderzeń centralnych p+Pb: ze wzrostem xF RpPb(pT) maleje (CGC?)
ale także ...
ewolucja korelacji < pT> - xF w zależności od Nw i ע -zachowanie dla dużych xF
Lepsze zrozumienie obserwowanych zjawisk poprzez wykonanie analiz:
dla różnych energii dla różnych systemów/centralności dla różnych cząstek w stanie końcowym w szerokim obszarze przestrzeni fazowej
PodsumowaniePodsumowanie
31
ZapasZapas
32
Detektor CDDetektor CD
„szare” protony wybite z jądrapęd 0.15 < plab < 1.0 GeV/c
Detektor w kształcie cylindra:
wysokość 20cm
średnica 16cmCentralność zderzenia
Symulacja (model Glaubera + odpowiedź detektora) pozwala powiązać liczbę „szarych” protonów z parametrem zderzenia b, liczbą oddziaływań pocisku ע lub liczbą „zranionych” nukleonów Nw
33
Akceptacja geometryczna NA49Akceptacja geometryczna NA49
dla protonów, √s=17.3GeV
pełen kąt Φ
|Φ| < 90O
|Φ| < 50O
34
Różnica pomiędzy y i xRóżnica pomiędzy y i xFF
dla protonów, √s=17.3GeV
35
Korelacje <pKorelacje <pTT> - y> - y
L
L
pEpE
ln21
y
β1β1
ln21
yy LABCM
36
dla y 0
RRABAB przy SPS - dla lekkich systemów przy SPS - dla lekkich systemów
RAB
GeV20s
Phys. Rev. C64 (2001) 034901
wzmocnienie produkcji dla dużych pT RAB>1
• dane nie najlepszej jakości
• nie badana zależność od typu cząstki
Ale...
37
RRAuAuAuAu vs. vs. ηη
nucl-ex/0307003 BRAHMS
RHIC
GeV200s
2θtanlnη
dla hadronów naładowanych
zachowanie podobne dla η=0 i η=2.2
38
Korelacje <pKorelacje <pT T > - x> - xF F
AA@158GeV
: wzrost <pT> dla wszystkich xF π: bardziej skomplikowana zależność od ע
ważny skład nukleonowy jąder(?)
dane„odniesienia”: nie same p+p
pp,
Korelacje <pKorelacje <pT T > - x> - xFF
Top Related