Cztery pożegnania i skandal. Daniel Kikoła, Politechnika Warszawska, Wydział Fizyki 21 XI 2014

Transkrypt

1 Cztery pożegnania i skandal Daniel Kikoła, Politechnika Warszawska, Wydział Fizyki 21 XI

2 Au+Au snn = 200 GeV UrQMD Frankfurt Quark Matter fizyka zderzeń relatywistycznych ciężkich jonów Cel badanie właściwości plazmy kwarkowo-gluonowej (Quark Gluon Plasma, QGP) 2

3 19 24 V prezentacji, 370 plakatów Program: 3

4 Pożegnania z: 1.J/y, termometr dla plazmy kwarkowogluonowej 2.Zachowania kolektywne tylko w A+A 3.p+A referencja dla ciężkich jonów 4.Odkrycie punktu krytycznego w Beam Energy Scan I Skandal Miklós Gyulassy: Is Perfect Fluidity of the sqgp necessary in light of recent BES & d+au & p+au data from RHIC and LHC? 4

5 Pożegnanie nr 1: J/y, termometr dla plazmy kwarkowo-gluonowej 5

6 Matsui & Satz (1986): Quark-Gluon Plasma = tłumienie produkcji J/ψ c c 6

7 Matsui & Satz (1986): Quark-Gluon Plasma = tłumienie produkcji J/ψ c c 7

8 Matsui & Satz (1986): Quark-Gluon Plasma = tłumienie produkcji J/ψ c c 8

9 Tłumienie J/y, : Temperatura QGP EPJC 61; , 209 9

10 Tłumienie produkcji J/y Peryferyczne Centralne b ~ max b~0 RAA podobne wartości dla snn = GeV tłumienie prod. w QGP + wtórna prod. J/ψ Model: Zhao, Rapp Phys Rev C

11 Tłumienie produkcji J/y STAR Preliminary RAA podobne wartości dla snn = GeV tłumienie prod. w QGP + wtórna prod. J/ψ Model: Zhao, Rapp Phys Rev C

12 RHIC vs LHC tłumienie prod. J/ψ w QGP + regeneracja J/ψ 12

13 Tłumienie produkcji Y(1S) Y(2S) J/ψ Au+Au, d+au: Phys.Lett. B735 (2014) 127 Model: Emerick, Zhao, Rapp, Eur. Phys. J A48, 72 (2012) Strickland, Bazov, Nucl. Phys. A879, 25 (2012) 428 < T < 443 MeV 13

14 Tłumienie produkcji kwarkonium Zależność od Ebin Quarkonia melt in quark matter CMS, Raphael Granier de Cassagnac 14

15 ϒ at LHC J/y at RHIC ϒ(1s) at LHC J/y at RHIC arxiv: Regeneracja ϒ? Statystyczna produkcja? Phys.Rev.Lett.98:232301,

16 Pożegnanie nr 1: J/y, termometr dla QGP Dużo komplikacji nawet dla, niemożliwa prosta interpretacja EPJC 61; ,

17 Pożegnanie nr 2: Zachowania kolektywne domeną A+A 17

18 Zachowania kolektywne QGP B. Schenke, QM

19 v2 zgodne z modelami hydrodynamicznymi QGP jako ciecz doskonała 19

20 Różne źródła asymetrii w stanie końcowym: Df» 0 cos(2df)» 1 - zachowania kolektywne - rozpady rezonansów - korelacje jetów Df» p cos(2df)» 1 v2{2}, v2{ep} v2 + nonflow + fluktuacje v2{4}, v2{6} znikomy wpływ nonflow 20

21 RHIC PRL111, (2013) v2 w d+au 200 GeV nawet dla dużych Dh 21

22 PHENIX: PHENIX: znaczne v2, zależność od masy ( mass splitting ) STAR: brak sygnału v2 22

23 Przepływy eliptyczne w p+pb CMS, Sharma PAS-HIN v2 p+pb: CMS, ALICE: duże v2, zależność od masy Podobna wyniki jak dla Pb + Pb 23

24 v2 dla p+pb dla LHC Duże v2 nawet dla korelacji wielocząstkowych v2{4} v2{2} v2{4} = v2{6} = v2{8} CMS, Wang PAS-HIN v2 PbPb ppb PLB724 (2013) 213 (event multiplicity) 24

25 Triangular flow Podobne v3 dla p+pb i Pb+Pb w funkcji krotności PLB724 (2013) 213 ψ3 (event multiplicity) 25

26 p+pb - v2 w funkcji η Większe v2 dla większych krotności CMS, Xu PAS-HIN

27 Pożegnanie nr 2: Zachowania kolektywne tylko w A+A Zachowania kolektywne NIE tylko w A+A ale też w p+a 27

28 Pożegnanie nr 3: p+a referencja dla ciężkich jonów 28

29 Eksperymentalne podejście do QGP 1. referencja p+p 2. pomiar kontrolny p+a około 2009 r. RAA (pa) = 1 Jeśli nie ma modyfikacji w materii jądrowej 3. efekty od gorącej materii A+A 29

30 RpA i RAA dla jetów, ciężkich kwarków CMS preliminary ppb Central PbPb Tłumienie produkcji w A+A (RAA 0.5) Brak tłumienia w p+a 30 CMS, Jung, PAS-HIN , PbPb: Appelt, HIN , HIN

31 RpA & RAA dla mezonów B B+ B0 Tłumienie produkcji w Pb+Pb (RAA 0.5) BS B J/ψ Brak tłumienia w p+pb CMS, Kim, ppb: PAS-HIN , PbPb:

32 RdAu dla RHIC b e, c e 32

33 Mini QGP (efekty kolektywne) Efekty zwykłej materii jądrowej arxiv: npdf + zmiana pędu parton w wyniku oddziaływań z innymi partonami Possible evidence for radial flow of heavy mesons in d+au collisions Phys. Lett. B (2014) 33

34 Barion/mezon - proporcje /K0 dla jetów Wzmocnienie /K0 nie jest związane z produkcją jetów 34

35 Upsilon in LHC Większe tłumienie dla (2S) i (2S) w Pb+Pb niż p+pb (2S)/ (1S) zmienia się w funkcji krotności w p+pb i pp (dla midrapidity) CMS, Abdulsalam JHEP 04 (2014) 103 ppb PbPb Y(2S) Y(1S) Y(3S) Y(1S) 35

36 Tłumienie produkcji ψ' i J/ψ w d+au PRL 111, (2013) ψ(2s) 3x większe tłumienie niż J/ψ Zupełnie inny trend niż dla J/ψ 36

37 Względne tłumienie dla ψ'/j/ψ Po utowrzeniu cc zwiększa rozmiar podczas przechodzenia przez materię jądrową PRL 111, (2013) Czas uformowania J/ψ formation time ~0.15 fm Dla RHIC, τ ~ 0.05 fm cc przechodzi przez materię jądrową zanim utworzy się mezon Tłumienie (raczej) nie związane z absorpcją jądrową Oddziaływanie z hadronami w stanie końcowym? PHENIX, Matt Durham 37

38 J/y, y' RpA J/y µµ: Tłumienie zależne od krotności dla 2 < y < 3.5 niezależne of pt brak tłumienia dla -4.5 < y < -3 y(2s) µµ: Tłumienie zależne od krotności przypadków J/y y(2s) low Nch high Nch J/y y(2s) Wyniki zgodne z danymi z RHIC low Nch high Nch ALICE, J. Blanco, R. Arnaldi 38

39 Pożegnanie nr 3: p+a referencja dla ciężkich jonów p+a dużo ciekawych efektów, cześć bez związku (?) z fizyką w A+A 39

40 Pożegnanie nr 4: Odkrycie punktu krytycznego w Beam Energy Scan RHIC 40

41 Przejście fazowe (1) Femtoskopia vs płaszczyzna reakcji (2) Przepływy skierowane v1 QGP vs. meteria hadronowa (3) RAA: (4) v2 skalowanie z liczbą kwarków Cel: badanie diagramu QCD - poszukiwanie i badanie przejścia fazowego do QGP - poszukiwanie punktu krytycznego Punkt krytyczny (5) Fluktuacje BES-I: snn = 7.7, 11.5, 14.5, 19.6, 27, 39GeV STAR, Nu Xu 41

42 Fluktuacje zachowywanych wielkości μb = 0 1) Wyższe momenty zachowywanych wielkość Q, S, B 2) Odzwierciedlają zasięg korelacji (ξ): 3) Możliwe bezpośrednie porównanie z teorią: M. Cheng, et. al., PRD79, (2009). c - podatność - STAR: PRL105, 22303(10); ibid, (14) - M. Stephanov: PRL102, (09) // R.V. Gavai and S. Gupta, PLB696, 459(11) // F. Karsch et al, PLB695, 136(11) // S.Ejiri et al, PLB633, 275(06) - A. Bazavov et al., PRL109, (12) // S. Borsanyi et al., PRL111, (13) // V. Skokov et al., PRC88, (13) STAR, Xu 42

43 Net-charge STAR, SARKAR Net-proton 43

44 Net-kaon Bez korekcji na wydajność, bez niepewności syst. STAR, SARKAR 44

45 Pożegnanie nr 4: Odkrycie punktu krytycznego w Beam Energy Scan RHIC Brak sygnałów punktu krytycznego w BES I, ale wiele innych interesujących wyników 45

46 Skandal : Miklós Gyulassy: Is Perfect Fluidity of the sqgp necessary in light of recent BES & d+au & p+au data from RHIC and LHC? w wolnym przekładzie: modele hydrodynamiczne nie mają żadnej wartości poznawczej i to strata czasu 46

47 RHIC Scientists Serve Up "Perfect" Liquid Argument: Model hydrodynamiczny po raz pierwszy opisuje dane 47

48 48

49 49

50 50

51 51

52 Alternatywne (anty-hydro) scenariusze dla A+A M. Gyulassy, P. Levai, I. Vitev, T. Biro: Non-Abelian Bremsstrahlung and Azimuthal Asymmetries in High Energy p+a Reactions, arxiv: sy lbl-hit.pdf Thomas A. Trainor, David T. Kettler, Duncan J. Prindle, R. L. Ray: Challenging claims of "elliptic flow" by comparing azimuth quadrupole and jet-related angular correlations from Au-Au collisions at snn= 62 and 200 GeV, arxiv: Thomas A. Trainor: A critical review of RHIC experimental results, arxiv:

53 J/y, -nie ma prostej interpretacji jako termometr dla QGP Zachowania kolektywne nie tylko w A+A, również reakcje p+a o dużej krotności (a zapewne i p+p) p+a nie tylko referencja dla ciężkich jonów, dużo niespodziewanych efektów Nie ma śladu punktu krytycznego w Beam Energy Scan I, plany na BES II Otwarte pytanie: czy model hydrodynamiczny jest w ogóle użyteczny w badaniach QGP? 53

54 Dodatkowe slajdy 54

55 RHIC Beam Enery Scan Inne interesujące wyniki 55

56 Directed Flow v1: Softest Point 1) Net-proton slope changes sign twice between snn = 7 39 GeV 2) EOS softest point? 3) Model calculations yet to reproduce the observation 4) BESII improvement: - improved reaction plane determination - systematic centrality dependence analysis STAR: PRL112, (2014)/aiXiv: [1] D.H. Rischke et al. HIP1, 309(1995) [2] H. Stoecker, NPA750, 121(2005) [3] J. Steinheimer et al., arxiv: [4] P. Konchakovski et al., arxiv:

57 ehf: Cold vs Hot Nuclear matter at RHIC ehf (b e, c e) suppressed at high pt in Au+Au 200 GeV 57

58 Jet quenching at RHIC Light hadrons suppressed at high pt at GeV ehf no suppression at 62 GeV 58

59 Elliptic flow at RHIC Phys. Rev. C 86 (2012) Light hadrons suppressed at high pt at GeV Positive v2 of charged hadrons, small difference for GeV 59

60 ehf RAA and v2 at snn = 62 GeV arxiv: arxiv: No ehf suppression for pt < 5 GeV v2 lower at 39 and 62 GeV than at 200 GeV for pt < 1 GeV/c 60

61 Backup 61

62 CERN-PH-EP

63 Y suppression 63

64 nuclear PDF free proton PDF 2 2 process (gg QQ): M +p = 2 x 1,2 s NN 2 T ±y e x1,2 depend on: - mass and pt - rapidity - beam energy - production process Depends on Q2 64

65 Cronin effect Multiple collisions with partons/nucleons random kicks larger <kt> than in p+p 65

66 Quarkonia: final state absorption D nuclear absorption D D co-mover absorption D Typical approach: nuclear PDF + effective absorption sabs 66

67 ψ ALICE / CMS Raphael Granier de Cassagnac old / new 67

68 Energy Dependence of Di-electrons Bulk-penetrating probe: STAR Preliminary 200GeV 62.4GeV 1) Mee 1GeV/c2: In-medium broadened ρ, model results* are consistent with exp. data. At 200GeV, the enhancement is in the order of 1.77±0.11 ±0.24±0.33 within 0.3<Mee<0.7GeV/c2) (* driven by the baryon density in the medium) 39GeV 2) 1 Mee 3GeV/c2: Thermal radiation: exp(-mee/t)? HFT: Charm contributions. 27GeV 3) High statistics data are needed, BES-II! 19.6GeV - STAR: (200GeV data) sub. to PRL R. Rapp: PoS CPOD13, 008(2013) - O. Linnyk et al, PRC85, (12) Patrick HUCK 68 May 19, [Electromagnetic probes]

69 Two-particle distribution = sum of an uncorrelated distribution and twoparticle (direct) correlations cos n(φ1 φ 2) =υ2n +nonflow nonflow: jets, resonance decays, HBT.. 69

70 If nonflow d 0 and negligible fluctuations (s 0): Using 2-particle correlations: 2 υn {2} = cos n(φ1 φ2 ) = υn 2 Using 4-particle correlations: 4 υn {4} =2 cos n(φ 1 φ 2 ) cos n(φ1 +φ 2 φ 3 φ 4 ) = 2 υn υn = υn If nonflow d 0 and non-negligible fluctuations (s 0): 2 2 n 2 υn {2} = υ +σ +δ υn {4} =( υn +σ ) 2 σ L. Yi, et al. arxiv: (assuming Gaussian fluctuations) upper and lower limit on elliptic flow 70

71 The ridge at LHC Early observation in high multiplicity 7 TeV pp collisions pp: JHEP 09 (2010) 091 Origin still unclear Then seen in PbPb collisions, reminiscent of RHIC Believed to arise from collective flow Now confirmed in ppb collisions Is it collective flow? CGC? Tool: highest ppb multiplicity (<0.0003%) 55-60% PbPb centrality ppb: PLB718 (2013) 795 ppb: PLB724 (2013) 213 Raphael Granier de Cassagnac 71 71

72 Bose-Einstein correlations Similar large radii (Rlong up to 5 fm) in ppb & PbPb Thanks to π/k/p separation Scaling with multiplicity and kt CMS, Dogra PAS-HIN Rlong (GeV) multiplicity Raphael Granier de Cassagnac kt = (pt1 + pt2)/2 [GeV/c] 72

73 Summary (1/4) collectivity 1. Strong v2 from multiparticle correlations 2. Similar mass ordering 3. v2 depending on η in ppb 4. Same v3 versus multiplicities 5. Same factorization breakdown 6. Similar HBT radii (5 fm) 7. and the spectra are better reproduced by generators incl. hydro (EPOS) High-multiplicity ppb collisions show collectivity! Raphael Granier de Cassagnac 73 arxiv: , EPJC-accepted ppb looks a lot like PbPb, and as hydro predicts! 73

74 74

75 J/ψ azimuthal anisotropy Significant v2 at high pt Need more data to resolve the pt dependence From regeneration to pathlength dependence of J/ψ suppression? Talk by Moon, PAS-HIN Raphael Granier de Cassagnac 75 75

76 76

77 77

78 Non-photonic electrons Proxies for heavy flavor quarks Phys.Lett.B671, 2009 Background: - photonic electrons: g ee, p0 eeg, h eeg - Ke3 (K pne) 78

79 Raphael Granier de Cassagnac 79 79

80 Pb-Pb Identified v2 v2{sp} measured for p, K, K0, p, f,,, Mass ordering (pt < 2.5 GeV/c) Number of quark constituent scaling violated by ~20% in particular in central collisions (pt/nq > 1 GeV/c) arxiv:

81 Bulk Properties at Freeze-out STAR Preliminary STAR Preliminary Collective velocity <β> (c) Chemical Freeze-out: (GCE) - Central collisions. - Centrality dependence, not shown, of Tch and μb! Nu Xu Kinetic Freeze-out: - Central collisions => lower value of Tkin and larger collectivity β - Stronger collectivity at higher energy Xianglei Zhu May 21, [Thermodynamics and hadron chemistry] Lokesh KUMAR May 21, [Thermodynamics and81 hadron chemistry]

82 Collectivity v2 Measurements STAR: Phys. Rev. Lett. 110 (2013) ) Number of constituent quark (NCQ) scaling in v2 => partonic collectivity => deconfinement in high-energy nuclear collisions 2) At snn < 11.5 GeV, the universal v2 NCQ scaling is broken, consistent with hadronic interactions becoming dominant. Nu Xu 82

83 BES v2 and Model Comparison (a) Hydro + Transport: consistent with baryon data. [J. Steinheimer, V. Koch, and M. Bleicher PRC86, 44902(13).] (b) NJL model: Hadron splitting consistent. Sensitive to vector-coupling, CME, net-baryon density dependent. [J. Xu, et al., arxiv: /prl ] Nu Xu 83

84 Relative Modification of ψ(2s)/ψ(1s) particle density Relative modification in all systems follows common trend with increasing produced particle density. Co-mover (or medium?) density seems to be the relevant quantity. PRL 111, (2013) Matt Durham - Quark Matter

85 ψ in PbPb collisions Surprisingly large (ψ /ψ)pbpb / (ψ /ψ)pp ratio confirmed: new pp reference, 20 times larger, now negligible uncertainty non-prompt component subtracted ψ very suppressed at high pt (more than ψ) % RAA(ψ ) = 0.13 ± 0.05 Much less at lower pt RAA(ψ ) = 0.67 ± 0.19 regenration CMS,Moon, HIN CMS, Raphael Granier de Cassagnac 85

86 86