pp ++ pp , , Au + Au Au + Au and d + Au and d + Au at at s= 200 s= 200 ГэВГэВ ЭкспериментыЭксперименты

STAR,PHENIX, PHOBOS, BRAHMSSTAR,PHENIX, PHOBOS, BRAHMS

Результаты на коллайдере RHIC

2000-2003 г.г.

(По материалам QM-2002, CMS-HI Delphy 2003, R.Baier et al. hep-ph/0310274 2003)

В.Л. Коротких, декабрь 2003 г.

ВведениеВведение

Столкновения тяжелых ионов могут пролить свет на природу КХД при высоких температурах и/или высоких плотностях материи.

При энергиях SPS, s/A = 5 17 ГэВ, было 2 заметных эффекта в А+А соударениях:

1. Число мезонов J/ существенно меньше в центральныхА+А столкновениях, чем в периферических или для малых А.

2. Число пар е+ е превышает предсказания принятых адронных моделей. Эффект сильнее при более низких энергиях.

В БНЛ на коллайдере RHIC проведены измерения приs/A = 55 ГэВ, 130 ГэВ (серия 1)s/A = 200 ГэВ (серия 2)

Заметно ожидаемое изменение от SPS до RHIC. При SPSРаспределение по множественности в А+А имеет один пик при быстроте = 0. При энергиях появляется Центральное плато, в котором физика boos-инвариантна и не зависит от быстроты (приближенно). Возможно в Центральном плато образуется деконфаймированная материя с ненулевой температурой и почти нулевой кварк-антикварковой плотностью.

Эксперименты на RHIC обнаружили довольно узкое Центральное плато шириной = 1 в области распределения частиц = 5 . Даже без электромагнитных данных к настоящемувремени имеется 4 значительных наблюдений в данных RHIC:

1. Подавление при высоких ppTT . Число частиц с

ppTT = 2 10 ГэВ подавлено относительно числа частиц в p+p , умноженному на число бинарных NN столкновений. ПодавлениеПриблизительно постоянно и равно фактору 2-3. Это совершенноПротивоположно данным SPS , где число частиц с большими не подавляются, а усиливается в 2-3 раза из-за многократных

Перерассеяний в ядре (эффект Кронина).

2. Эллиптический поток- изменение анизотропии импульсов частиц . Гидродинамика предсказывает линейный рост эллиптическогопотока с ppTT для пионов. На RHIC это видно до ppTT = 1.5 ГэВ , но в области ppTT = 2 6 ГэВ эллиптический поток выходит на константу, что противоречит гидродинамической модели.

3. HBT радиусы. Пионная интерферометрия дает измерение пространственных размеров системы. Гидродинамика предсказывает, чтоСоотношение двух размеров R out / R side больше единицы и будет расти с ростом ppTT . Вместо этого эксперимент обнаруживает, что R out / R side

равен 1 при ppTT =0.4 ГэВ и уменьшается с ростом ppTT . HBT радиусы указывают на то, что адронизация происходит как «взрывная» волна.

4. Поглощение струй. При энергиях RHIC струи видны в р+рстолкновениях. В А+А выделяются события с лидирующими частицами.Показано, что в центральных столкновениях подавлены события back-to-back? Т.е. имеется вещество, которое поглощает струи от двух партонов.

Таким образом, пришло волнующее время новых физических явлений. Имеется яркое согласие между различными экспериментами для многих измеряемых величин. Решающий прогресс сделан в точности измерений. Если бы точность была 30%, то множество теорий объясняли бы данные. Сейчас точность порядка 5%, что позволяет отбросить большинство из них. Эксперимент является триумфатором в настоящее время.

Сделан вызов теоретикам – синтезировать все экспериментальные факты в рамках последовательного подхода. Представления, существовавшие до экспериментов на RHIC: большой рост множественности в А+А в сравнении с р+р, большие размеры адронной системы после вымораживания адронов, - не выжили.

Отдельные модели могут объяснить некоторые аспекты данных RHIC, но ни один подход в настоящее время не объясняет все, что интересует физиков.

КХД фазовая диаграмма температура – плотность сильно-взаимодействующей

материи

А-А столкновенияА-А столкновения

LOI of Proposal “Compressed Baryonic Matter”, CBM collaboration, 2004

Фазовая диаграмма КХД температура – химический потенциал сильно-взаимодействующей материи

Красные точки –результат статистическойМодели с отношением выхода частиц в Столкновениях тяжелых ионов.

Розовая кривая – химическое выморажива-ние при постоянной плотности 0.75 0

( 0 =0.16 fm -3).

Я кривая – фазовая граница в расчетах КХД на решетках с Т = 160 МэВ .

Заштрихованння область – равновесная материя при высокой барионной плотности

Фундаментальный интерес КХД при высоких барионных плотностях и астрофизики

ОпределениеОпределение p pzz ,,y, y, , x, xFF

FTTz xs

pymp2

sinhsinh:

Away from mid-rapidity:

epem Ty

T TT pmy ln

Rapidity y: Generalized velocity

Pseudorapidity ~y: easier to measure

Feynman xxFF: scaled pz

PZ = | p| cos ( ), mT = sqrt(m0 2 + pT 2)

А-А столкновенияА-А столкновения

Рождение адронов в Рождение адронов в p+pp+p и А+А столкновениях и А+А столкновенияхпри при ss== 200 ГэВ 200 ГэВ

Зависимость от ppTT (безмодельное сравнение )

Сечение рождения Сечение рождения 00 в в p+p p+p при при s=200GeVs=200GeV и и pQCDpQCD

N(1+pT/p0) – n , p0=1.22 GeV/c, n=9.99

PHENIX

Сравнение сеченний Сравнение сеченний pp ++ pp 00, , Au + Au Au + Au 00

Периферические !!! Центральные столкновения !!!

А-А столкновенияА-А столкновения

Широко используемое отношение в исследовании А+А Широко используемое отношение в исследовании А+А столкновенияхстолкновениях

RAB(pT) =d2NAB /dydpT

<TAB> d2Npp /dydpT

- отношение выхода частиц в А+B и р+р столкновениях, отнесенное к нуклонной поперечной плотности в области геометрического «перекрытия» двух ядер. Оно измеряет отклонение АА данных от некогерентной суперпозиции NN столкновений- <TAB (b )> - среднее число NN столкновений . d2 b TAA (b) / in (AA) ~ A 4/3 .- <N part (b )> - среднее число «раненых» нуклонов или число участвующих нуклонов

в А+B столкновении. d2 b Npart (b) / in (AA) ~ 2A Раненый нуклон -это нуклон в ядре А или В, испытавший хотя бы одно неупругое соударение.

ηd

ndBA~

ηd

σd

σ

AB

ηd

nd

pd

σdEAB

pd

σdE

pd

σdE(b)TAB

pd

σdE(b)N

pd

σdE

NN//NN

inAB

AB

NNAB

NNAB

NNcollAB

AB

3232

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

Некогерентная сумма по NN - столкновениям( RAA(pT) = 1 )

Сечение процесса A + B a + X равнонекогерентной суперпозиции сечений независимых NN – столкновений N + N a + X

Модель ГлаубераМодель Глаубера

, если f NN (q) - чисто мнимая

~ A 2/3

= 1

Ratio pA and pp at SPSRatio pA and pp at SPS

Above ~3, pion yields constantCentral AA has ~5-6 per participant

Scaling with Npart

Reduces leading particle effect Scaling with s

counts# collisions

Npart=+1

pA collisions

• With increasing • Proton “stops”

(i.e. deposits energy)• Pion yield saturates

E910NA49

NA49

Relative yield of in pA/pp for y>0

NA49 (unpublished)CERN-SPSLC-P-264-ADD-5

А-А столкновенияА-А столкновения

А-А столкновенияА-А столкновения

<N<Nbinbin>> и и <N <Npartpart> >

%geo <Npart> <Nbin> <Nbin>/<Npart>0-5 352 (6

7) 990.0 (6977) 2.85 (0.17)

5-10 298 (1010) 783.7 (71

74) 2.65 (0.17)

10-20 232 (1110) 563.2 (64

59) 2.43 (0.17)

20-30 165 (1312) 355.0 (53

49) 2.14 (0.17)

30-40 114 (1312) 213.9 (41

36) 1.86 (0.16)

40-60 61 (1010) 91.8 (22

23) 1.44 (0.14)

60-80 19.8 (56) 20.0 (7

9) 0.96 (0.10)

sNN = 200 GeV Monte Carlo Glauber Calculation, Au+Au

0 = .169346 nucleons/fm3, r0 = 6.38 0.06 fm, c0 = 0.535 0.027 fm

Woods-Saxon Parameters:

Cross-sections: NN = 42 1 mb, geo = 7.2 0.4 b

Отношение числа бинарных столкновений к числу Отношение числа бинарных столкновений к числу пар раненых нуклонов для пар раненых нуклонов для Au+AuAu+Au

inel=42 mb(RHIC)

Glauber Monte Carlo

inel=33 mb (SPS)

inel=21 mb (AGS)

Для центральных столкновений число пар раненых нуклонов (участников) в ~ 6 раз меньше,чем число бинарных столкновений при энергиях RHIC

Backer, QM-2002

ААuu-А-Аuu столкновения столкновения, , ss =130 GeV, | | < 0.5S.Ullrich (STAR), nucl-ex/0305018

Два расчета : a) с < N part > по Monte-Carlo (d NN > d min = 0.4 fm) , b) с < N part > по аналитическим формулам - заметно отличаются.Параметризация плотности частиц по быстроте:Синяя линия – Kharzeev(PLB507(01)121), красная – Escola(NPB570(00)379)

А-А столкновенияА-А столкновения

Зависимость от энергии s s ии

e+e- measures dN/dyT

(rapidity relative to“thrust” axis)

Similarity of AA and eSimilarity of AA and e++ee-- at High Energy at High Energy

200 GeV

Particle density near midrapidityParticle density near midrapidity

e+e- scales likeAA near midrapidity

(dN/dyT )

Сравнение множественности Сравнение множественности заряженных частиц к числу заряженных частиц к числу пар раненых нуклонов для пар раненых нуклонов для «элементарных» и ядро-«элементарных» и ядро-ядерных соударений в ядерных соударений в

зависимости от энергиизависимости от энергии

1. При высоких энергиях результаты А+А совпадают с е+ + е данными (случайность ?)(см. следующий слайд)

2. Не совпадают с р + р (полые квадратики), если брать ss/2/2

3. Совпадают, если брать s s eff eff /2/2,,гдегде sseffeff вычисляется без энергии,уносимой лидирующими протонами (ромбики).

Зависимость <PPTTcharge> от NN chch и от s, s, | | < 0.5

1.Только RQMD с перерассеяниями описывает рост <PPTT >АААА с N N chch , но не HIJING

2. Промежуточный рост <PPTT >АААА с ss между е +е- и р+р, но нет роста <PPTT >АААА для

130-200 ГэВ

S.Ullrich (STAR), nucl-ex/0305018Результат, независящий от расчета < Tcoll(b) > или < N wound (b) > !!!