Download - Ideális kvarkfolyadék a RHIC-nél

Ideális kvarkfolyadék a Ideális kvarkfolyadék a RHIC-nélRHIC-nél

Mérföldkövek a kvarkanyag Mérföldkövek a kvarkanyag kutatásábankutatásában

a PHENIX kísérletnéla PHENIX kísérletnél

Csanád Máté, ELTE TTK Atomfizikai TanszékCsanád Máté, ELTE TTK Atomfizikai TanszékELFT Vándorgyűlés Eger, 2007. augusztus 23.ELFT Vándorgyűlés Eger, 2007. augusztus 23.

22Csanád Máté, ELFT’07, EgerCsanád Máté, ELFT’07, Eger

Relativistic Heavy Ion ColliderRelativistic Heavy Ion Collider• RHIC: Relativisztikus nehézion ütköztetőRHIC: Relativisztikus nehézion ütköztető

─ Au+AuAu+Au, Cu+Cu,, Cu+Cu, pp+p+p,, d+Aud+Au ütközésekütközések─ 4 k4 kíísérleti együttműködés:sérleti együttműködés:

BRAHMS, PHENIX, PHOBOSBRAHMS, PHENIX, PHOBOS (Veres Gábor) (Veres Gábor), STAR, STAR

• Magyar Magyar intézményi intézményi részvétel a PHENIXrészvétel a PHENIX-ben:-ben: ─ KFKI: Csörgő T., KFKI: Csörgő T., Hidas P., Hidas P., Ster A., Ster A., Sziklai J.,Sziklai J., Zimányi J. Zimányi J.─ ELTE: Kiss Á., Csanád M.ELTE: Kiss Á., Csanád M., Nagy M., Deák F., Nagy M., Deák F.─ DDEE: : Dávid GDávid G.., Tarján P., , Tarján P., Imrek J., Vértesi R., Imrek J., Vértesi R., Veszprémi Veszprémi

V.V.

Elindított Elindított fejlesztési fejlesztési

programok:programok:


Rövid áttekintésRövid áttekintés• Sokmódusú gyorsítóSokmódusú gyorsító

─ 22 GeV (Au, Cu, p22 GeV (Au, Cu, p))─ 56 GeV (Au)56 GeV (Au)─ 62 GeV (Au,62 GeV (Au, Cu, pCu, p─ 130 GeV (Au)130 GeV (Au)─ 200 GeV (Au, Cu, d, p200 GeV (Au, Cu, d, p))─ 410 GeV (p410 GeV (p))─ 500 GeV (p500 GeV (p))

• TudományTudomány─ >160 >160 referált cikkreferált cikk, , több minttöbb mint 90 90 a Phys. Rev. a Phys. Rev.

LettersbenLettersben─ JelentősJelentős felfedezések felfedezések discoveriesdiscoveries

• A jövő: e-RHIC és RHIC IIA jövő: e-RHIC és RHIC II─ Azonosított kulcskérdésekAzonosított kulcskérdések─ A gyorsító és a kísérletek továbbfejlesztése A gyorsító és a kísérletek továbbfejlesztése

biztosítvabiztosítva


A PHENIX csoportA PHENIX csoport


1. mérföldkő: új jelenség1. mérföldkő: új jelenség

• Nagy transzverz impulzusú részecskék elnyomása: Nagy transzverz impulzusú részecskék elnyomása: PHENIX eredmény a Physical Review Letters címlapjánPHENIX eredmény a Physical Review Letters címlapján

• Az első nagy tudományos elismerés, az első Az első nagy tudományos elismerés, az első magyarországi szerzővel: Ster Andrásmagyarországi szerzővel: Ster András


A részecskesugarak A részecskesugarak elnyelődéseelnyelődése

• Nagy energiájú részecskesugarak Nagy energiájú részecskesugarak elnyelődése:elnyelődése:jet-quenching jet-quenching sűrű, erősen kölcsönható sűrű, erősen kölcsönható (ragacsos) anyag(ragacsos) anyag

• Ellenpróba (d+Au) és referencia (p+p) döntőEllenpróba (d+Au) és referencia (p+p) döntő


2. mérföldkő: új anyagfajta2. mérföldkő: új anyagfajta

• d+Au ütközésekben nem megfigyelhető az új jelenségd+Au ütközésekben nem megfigyelhető az új jelenség• Nem az Au mag szerkezetmódosulásaNem az Au mag szerkezetmódosulása• Au+Au: új anyagAu+Au: új anyag• PHENIX-Magyarország: 10 szerzőPHENIX-Magyarország: 10 szerző


Skálázási előrejelzésekSkálázási előrejelzések• Kollektív, termális viselkedés Kollektív, termális viselkedés

→→

Információvesztés, skálázásInformációvesztés, skálázás• Mit jelent ez? Mit jelent ez?

─ Hubble törvény vagy akár Hubble törvény vagy akár NewtonNewton

─ Cannot predict acceleration or Cannot predict acceleration or heightheight

• Transzverz spektrumok:Transzverz spektrumok:

• Elliptikus folyás:Elliptikus folyás:

• Korrelációs sugarak:Korrelációs sugarak:

2v gh 2v gh

2eff 0 tT T mu 2eff 0 tT T mu

12

0

( ), ~

( ) T

I wv w KE

I w 1

20

( ), ~

( ) T

I wv w KE

I w

2 2 2side long out

1~

t

R R Rm

2 2 2side long out

1~

t

R R Rm


3. mérföldkő: elliptikus folyás3. mérföldkő: elliptikus folyás

• Elliptikus folyás (vElliptikus folyás (v22): kollektív mozgás): kollektív mozgás

• Ritka gáz esetében vRitka gáz esetében v22 nulla nulla

• Hidrodinamikai viselkedés: vHidrodinamikai viselkedés: v22 > 0 > 0M. Csanád, T. Csörgő, A. Ster et al. nucl-th/0512078M. Csanád, T. Csörgő, A. Ster et al. nucl-th/0512078


Hidrodinamikai skálázásHidrodinamikai skálázás• Buda-Lund Buda-Lund

hydrohydro: : prediction of prediction of scale function scale function (2003)(2003)

• PHENIX (2005), PHENIX (2005), PHOBOS (2006) PHOBOS (2006) and STAR (2005) and STAR (2005) data do collapsedata do collapse

• Prediction based Prediction based on on perfect hydroperfect hydro is VALIDis VALID

Csörgő, Akkelin, Hama, Lukács, Sinyukov (Phys. Rev. C67, 034904, 2003)Csörgő, Akkelin, Hama, Lukács, Sinyukov (Phys. Rev. C67, 034904, 2003)Csanád, Csörgő, Lörstad, Ster (Nucl. Phys. A742:80-94,2004)Csanád, Csörgő, Lörstad, Ster (Nucl. Phys. A742:80-94,2004)

Csanád, Csörgő, Lörstad, Ster et al. nucl-th/0512078Csanád, Csörgő, Lörstad, Ster et al. nucl-th/0512078


Top Story 2005Top Story 2005Az Amerikai Fizikai Intézet szerint 2005 Az Amerikai Fizikai Intézet szerint 2005 legfontosabb eseménye a kvarkfolyadék legfontosabb eseménye a kvarkfolyadék

felfedezésefelfedezése


4. mérföldkő: kvarkok 4. mérföldkő: kvarkok folyadékafolyadéka

• Az elliptikus folyás hidrodinamikai Az elliptikus folyás hidrodinamikai változóban a kvarkszámmal skáláz!változóban a kvarkszámmal skáláz!

• Szabadsági fokok: kvarkokSzabadsági fokok: kvarkok

PHENIX Collaboration, nucl-ex/0608033PHENIX Collaboration, nucl-ex/0608033


Kísérleti tapasztalatok Kísérleti tapasztalatok összegzéseösszegzése

• Részecskesugarak elnyelődése, d+Au Részecskesugarak elnyelődése, d+Au ellenpróba: új anyagellenpróba: új anyag

• Elliptikus folyás: ez az új anyag folyadékElliptikus folyás: ez az új anyag folyadék─ Sikertelen számítások viszkózus modellekkelSikertelen számítások viszkózus modellekkel─ Siker elhanyagolható viszkozitás mellettSiker elhanyagolható viszkozitás mellett

• Hasonlat (Bill Zajc, Scientific American):Hasonlat (Bill Zajc, Scientific American):─ Egyszerre kiszabaduló sok rabEgyszerre kiszabaduló sok rab─ Kis térrész, „tolongás”, gyakori Kis térrész, „tolongás”, gyakori

kölcsönhatások, termalizáció, folyadék-kölcsönhatások, termalizáció, folyadék-viselkedés!viselkedés!

• Kvarkok ideális folyadékaKvarkok ideális folyadéka─ Nincs viszkozitása és hővezetéseNincs viszkozitása és hővezetése─ Szabadsági fokok: kvarkokSzabadsági fokok: kvarkok


Néhány további részletNéhány további részlet• Mach-kúpok észleléseMach-kúpok észlelése

• d, d, ΦΦ és D részecskék is „folynak” és D részecskék is „folynak”

• Semleges pionok elnyomva, fotonok Semleges pionok elnyomva, fotonok nemnem

• Királis dinamika: Királis dinamika: ρρ és és ηη’ ’ tömegmódosulástömegmódosulás

• Cross-over fázisátmenet helyettCross-over fázisátmenet helyett

PHENIX Collaboration, various papersPHENIX Collaboration, various papers


Jövő, célokJövő, célok• A kvarkanyag természetének A kvarkanyag természetének

feltérképezésefeltérképezése─ Új adatok analíziseÚj adatok analízise─ Új elméleti jóslatok teszteléseÚj elméleti jóslatok tesztelése─ Nagyobb luminozitás (RHIC II)Nagyobb luminozitás (RHIC II)

• Felfedező utak a QCD fázisdiagramjánFelfedező utak a QCD fázisdiagramján─ Nagyobb energiák vizsgálataNagyobb energiák vizsgálata─ A kritikus pont keresése (alacsonyabb energiák)A kritikus pont keresése (alacsonyabb energiák)─ Új ütköztető rendszerek vizsgálata (e-RHIC)Új ütköztető rendszerek vizsgálata (e-RHIC)

• Kolumbusz éppen megérkezett az Új Kolumbusz éppen megérkezett az Új VilágbaVilágba


KonklúzióKonklúzió• Tökéletes kvarkfolyadék létrehozása a RHIC Tökéletes kvarkfolyadék létrehozása a RHIC

Au+Au ütközésekbenAu+Au ütközésekben• PHENIX mostantól igazán produktívPHENIX mostantól igazán produktív

─ 11 legutóbbi Phys. Rev. Lett.: 41 cikk (átlagban 11 legutóbbi Phys. Rev. Lett.: 41 cikk (átlagban négy!)négy!)

• PHENIX (RHIC) még min. 5 évig meghatározóPHENIX (RHIC) még min. 5 évig meghatározó• Fejlesztések utána: e-RHIC és RHIC IIFejlesztések utána: e-RHIC és RHIC II• Intézményi tagság, szavazati jogIntézményi tagság, szavazati jog

PHENIX

PHENIX

PHENIX


Köszönöm a figyelmetKöszönöm a figyelmet

GázGáz FolyadékFolyadék


„„Új természeti törvények Új természeti törvények felfedezése”felfedezése”

„„Általában az alábbi módon keressük az új természeti Általában az alábbi módon keressük az új természeti törvényeket. törvényeket.

Első lépésben felteszünk egy elméletet. Első lépésben felteszünk egy elméletet.

Aztán megvizsgáljuk a feltételezésünk következményeit, Aztán megvizsgáljuk a feltételezésünk következményeit, hogy lássuk, mit jelentene, ha az elméletünk igaz lenne.hogy lássuk, mit jelentene, ha az elméletünk igaz lenne.

Majd a számítások eredményeit összehasonlítjuk a Majd a számítások eredményeit összehasonlítjuk a Természettel, közvetlenül a megfigyelésekkel, kísérlet vagy Természettel, közvetlenül a megfigyelésekkel, kísérlet vagy tapasztalat által, hogy lássuk, működik-e.tapasztalat által, hogy lássuk, működik-e.

Ha ellentmond a kísérleteknek, akkor hibás az elméletünk.Ha ellentmond a kísérleteknek, akkor hibás az elméletünk.

Ebben az egyszerű állításban van a tudomány kulcsa.Ebben az egyszerű állításban van a tudomány kulcsa.

Nem számít, milyen szép az elméletünk, nem számít, milyen Nem számít, milyen szép az elméletünk, nem számít, milyen okosak vagyunk, hogy ki találta ki az elméletet, hogy őt hogy okosak vagyunk, hogy ki találta ki az elméletet, hogy őt hogy hívják —ha ellentmond a kísérleteknek, akkor hibás.”hívják —ha ellentmond a kísérleteknek, akkor hibás.”

/R.P. Feynman//R.P. Feynman/


• Basic ideasBasic ideas─ Don’t equate viscous with stickyDon’t equate viscous with sticky (jet (jet

suppression)suppression)─ Think instead of a not-quite-ideal fluid:Think instead of a not-quite-ideal fluid:

““not-quite-ideal” = “supports a shear not-quite-ideal” = “supports a shear stress”stress”

• Viscosity Viscosity defined as defined as::

• Estimate:Estimate:─ Small viscosity Small viscosity Large cross sections Large cross sections─ Large cross sections Large cross sections strong couplings strong couplings─ Strong couplings Strong couplings perturbation theory perturbation theory

difficultdifficult

Viscosity PrimerViscosity Primer

x xF v

A y

x xF v

A y

(mom. density)×(mean free path)σ σ

η np p

n (mom. density)×(mean free path)

σ ση np p

n

Csanád Máté, ELFT’07, EgerCsanád Máté, ELFT’07, Eger

Viscosity estimatesViscosity estimates• Lower bound on viscosity:Lower bound on viscosity:

─ hep-th/9711200, gr-qc/0602037, hep-th/0405231hep-th/9711200, gr-qc/0602037, hep-th/0405231

• Results onResults on h/sh/s─ R. Lacey et al.,R. Lacey et al., nucl-ex/0609025nucl-ex/0609025

─ H.-J. Drescher et al.,H.-J. Drescher et al., ararx:x:0704.35530704.3553

─ S. GavinS. Gavin,, M. Abdel-Aziz, M. Abdel-Aziz, nucl-th/0606061nucl-th/0606061

─ A. Adare et al.,A. Adare et al., n nucl-ex/0611018ucl-ex/0611018

(1.1 0.2 1.2)4s

(1.1 0.2 1.2)4s

(1.0 3.8)4s

(1.0 3.8)4s

(1.3 2.0)4s

(1.3 2.0)4s

(1.9 2.5)4s

(1.9 2.5)4s

4s

4s


Phase diagram of QCDPhase diagram of QCD• New states of matter (?)New states of matter (?)

• Hadrons Hadrons QCD plasma? QCD plasma?

• Lattice QCD: critical Lattice QCD: critical temperatures around temperatures around 176MeV (see Z. Fodor’s 176MeV (see Z. Fodor’s talk) talk) (hep-ph/0511166)(hep-ph/0511166)

Tc


A A Nagy BummNagy Bumm

• Korai univerzum: Korai univerzum:

forró, táguló forró, táguló

rendszerrendszer

• Kvarkanyag, kvark-Kvarkanyag, kvark-

gluon plazmagluon plazma

• Protonok, Protonok,

neutronok kifagyásaneutronok kifagyása


PHENIXPHENIX• Fotonok, elektronok, müonok, hadronokFotonok, elektronok, müonok, hadronok

azonosításaazonosítása• A reakció összes szakaszának vizsgálataA reakció összes szakaszának vizsgálata• Áthatoló próbák: korai állapotot tükrözikÁthatoló próbák: korai állapotot tükrözik• Hadronok: kifagyáskori állapotHadronok: kifagyáskori állapot


Az új anyag megolvasztja Az új anyag megolvasztja és újragenerálja a ritka és újragenerálja a ritka részecskéketrészecskéket

PHENIX összefoglaló, PHENIX összefoglaló, Kvarkanyag ‘05Kvarkanyag ‘05

Az új Az új anyag anyag sűrűsűrű

Az anyag erősen Az anyag erősen csatoltcsatolt

Az új anyag forróAz új anyag forró

Az új anyag Az új anyag módosítja a módosítja a nagyenergiás nagyenergiás részecskenyalábrészecskenyalábokatokat

Kísérlet és elmélet Kísérlet és elmélet vállvetve megmérheti is vállvetve megmérheti is kiszámolhatja az új kiszámolhatja az új anyag, új kölcsönhatás anyag, új kölcsönhatás tulajdonságaittulajdonságait

Visszautasíthatatlan ajánlat!!Visszautasíthatatlan ajánlat!!


Nukleáris modifikáció Nukleáris modifikáció (PHENIX)(PHENIX)

• Ellentétes függés az ütközés frontálisságátólEllentétes függés az ütközés frontálisságától─ d+Au: Cronin-effektus (részecskék újraszóródnak d+Au: Cronin-effektus (részecskék újraszóródnak növekmény) növekmény)─ Au+Au: Új jelenség: elnyelődnek a nagyenergiás részecskék Au+Au: Új jelenség: elnyelődnek a nagyenergiás részecskék

(jetek)(jetek)• Keletkező új anyag: részecskesugarak elnyelése (jet quenching)Keletkező új anyag: részecskesugarak elnyelése (jet quenching)

AB binary ABAB

pp

Yield NR

Yield

/ AB binary AB

ABpp

Yield NR

Yield

/


SzögeloszlásokSzögeloszlások (STAR) (STAR)

• Kifutó irány: p+p, d+Au, Au+Au hasonlóan viselkedikKifutó irány: p+p, d+Au, Au+Au hasonlóan viselkedik• Befutó irány: Au+Au-ban elnyelődés, p+p és d+Au-ban Befutó irány: Au+Au-ban elnyelődés, p+p és d+Au-ban

nincsnincs• A befutó részecskesugarak elnyelődése a frontális A befutó részecskesugarak elnyelődése a frontális

Au+Au ütközésekben létrejövő új anyagonAu+Au ütközésekben létrejövő új anyagon

pedestal and flow subtracted

• Nagyenergiás részecskesugarak szögkülönbség-eloszlásaNagyenergiás részecskesugarak szögkülönbség-eloszlásadN

ddN

d


• Mach cone?Mach cone?Jets travel faster than Jets travel faster than

the speed of sound the speed of sound in the medium.in the medium.

WWhile depositing hile depositing energy energy via gluon radiation. via gluon radiation.

QCD “sonic boom” (?)QCD “sonic boom” (?)

To be To be expectedexpected in a in a dense fluiddense fluid which is which is strongly-coupledstrongly-coupled

Fluid Effects on Jets ?Fluid Effects on Jets ?


The (Assumed) ConnectionThe (Assumed) Connection• ExploitExploit Maldacena’s Maldacena’s

“D-dimensional strongly coupled gauge theory “D-dimensional strongly coupled gauge theory (D+1)- (D+1)-dimensional stringy gravity”dimensional stringy gravity”

• ThermalizeThermalize with massive black brane with massive black brane

• CalculateCalculate viscosity viscosity = “Area”/16= “Area”/16GG

• NormalizeNormalize by entropy (density) s = “Area” / 4G by entropy (density) s = “Area” / 4G

• Dividing outDividing out the infinite “areas” : the infinite “areas” :

• Conjectured Conjectured to be a lower bound “ to be a lower bound “for all relativistic for all relativistic quantum field theories at finite temperature and zero quantum field theories at finite temperature and zero chemical potentialchemical potential”. ”.

• SeeSee “ “Viscosity in strongly interacting quantum field Viscosity in strongly interacting quantum field theories from black hole physicstheories from black hole physics”, P. Kovtun, D.T. Son, A.O. ”, P. Kovtun, D.T. Son, A.O. Starinets, Phys.Rev.Lett.94:111601, 2005, Starinets, Phys.Rev.Lett.94:111601, 2005, hep-th/0405231hep-th/0405231

Infinite “Area” !

hmn

Am

An

1

k 4 1

k 4


New Dimensions in RHIC PhysicsNew Dimensions in RHIC Physics• ““The stress tensor of a quark moving through The stress tensor of a quark moving through NN=4 =4

thermal plasmathermal plasma”, J.J. Friess ”, J.J. Friess et alet al., hep-th/0607022., hep-th/0607022

Our 4-d Our 4-d worlworl

dd

String String theorist’theorist’s 5+5-d s 5+5-d worldworld

The stuff The stuff formerly formerly known as QGPknown as QGP

Heavy Heavy quark quark

moving moving through through

the the mediummedium

Energy loss Energy loss from from string string dragdrag

Jet Jet modificationmodifications from wake s from wake

fieldfield


Chiral symmetry Chiral symmetry restoration?restoration?

• Prediction: Prediction: ’ mass reduction in hot and ’ mass reduction in hot and dense matter due to Udense matter due to UAA(1) symmetry (1) symmetry restorationrestoration

• Idea: measure Idea: measure (m(mtt) dependence at low ) dependence at low momentamomenta

Kapusta, Kharzeev, McLerranKapusta, Kharzeev, McLerranPhys.Rev.D53:5028-5033,1996Phys.Rev.D53:5028-5033,1996

Z. Huang, X-N. WangZ. Huang, X-N. WangPhys.Rev.D53:5034,1996Phys.Rev.D53:5034,1996

Vance, Csörgő Kharzeev Vance, Csörgő Kharzeev Phys.Rev.Lett.81:2205-2208,1998Phys.Rev.Lett.81:2205-2208,1998

T. Hatsuda, T. KunihiroT. Hatsuda, T. KunihiroPhys. Rept. 247:221,1994Phys. Rept. 247:221,1994

NA44, NA44, S+PbS+Pb


Why theWhy the(m(mtt) dependence) dependence

Prediction:Prediction:In hot and dense matterIn hot and dense matter

’’ mass reductionmass reduction

Enhanced Enhanced ’’ content contentDecay:Decay:

’’+++ + ++-- ((00++++++−−)+)+++++−−

Long lifetimeLong lifetime

Average pAverage ptt of of ’s 138 MeV’s 138 MeV

More non-interacting More non-interacting ’s at 138 MeV’s at 138 MeV

(m(mtt) measures fraction of ) measures fraction of interacting interacting ’s’s

A hole in A hole in (m(mtt) )

PHENIX FINAL DATAAu+Au 200 GeV

S. S. Adler et al., PRL93,152302(2004)

(m(mtt) measures fraction of strongly ) measures fraction of strongly coupled coupled ’s’s


Analysis of new, low pAnalysis of new, low ptt data data• UUAA(1) restoration tested with three type of (1) restoration tested with three type of (m(mtt) )

measurementsmeasurements─ Results critically dependent on understanding of Results critically dependent on understanding of

statistical and systematic errorsstatistical and systematic errors─ Additional analysis required for definitive statementAdditional analysis required for definitive statement

PHENIX PRELIMINARY

M. Csanád for the PHENIX Collaboration, Quark Matter 2005, BudapestM. Csanád for the PHENIX Collaboration, Quark Matter 2005, Budapestnucl-ex/0509042nucl-ex/0509042


What kind of transition?What kind of transition?• Basic observables in second order phase Basic observables in second order phase

transitions: critical exponentstransitions: critical exponents• Spatial distribution of the order parameter: Spatial distribution of the order parameter: • Equals to the Lévy-stability index of two-particle Equals to the Lévy-stability index of two-particle

correlations correlations ─ == Csörgő Csörgő et. al.et. al., nucl-th/0512060, nucl-th/0512060

• Universality class of QCD = that of 3d Ising modelsUniversality class of QCD = that of 3d Ising models─ Here Here =0.03±0.01, but in more realistic random field Ising =0.03±0.01, but in more realistic random field Ising

models: models: = 0.50±0.05 (Wilczek and Rajagopal, = 0.50±0.05 (Wilczek and Rajagopal, hep-ph/9210253)hep-ph/9210253)

• Analysis of PHENIX Analysis of PHENIX Au+Au data: Au+Au data: =1.4±0.1=1.4±0.1

• Second order phaseSecond order phasetransition closed outtransition closed out(preliminarily)(preliminarily)

nucl-ex/nucl-ex/05090420509042

Download - Ideális kvarkfolyadék a RHIC-nél

Top Related