Szukanie Nowych Stanów Materii poprzez fluktuacje i niekonwencjonalne sygnatury. Ewa Gładysz-Dziaduś IFJ PAN, Kraków

Transkrypt

1 Szukanie Nowych Stanów Materii poprzez fluktuacje i niekonwencjonalne sygnatury Ewa Gładysz-Dziaduś IFJ PAN, Kraków Kraków, 2012

2 JAKIE STANY MATERII I GDZIE? Szukanie PLAZMY KWARKOWO- GLUONOWEJ w zderzeniach ciężkich jonów W LHC (ALICE): zaplanowano głównie w QGP centralnym obszarze rapidity gdzie µ 0. Interesująca fizyka także dla µ 0! cross o - Niemonotoniczne zachowanie (silne fluktuacje) w pobliżu punktu krytycznego E КГП f ve r SPS irs to rd e rp ha se сверхпроводимость, tra ns сверхтекучесть iti on AGS - różne kwarkowe kondensaty (kolorowe nadprzewodnictwo 2SC, nadciekłość CFL) i przejścia fazowe przy dużym µ (Rajagopal, Wilczek) badanie obszaru bliskiego fragmentacji (forward rapidity)

3 J. Bartke, E. G.-D., M. Kowalski, P. Stefański, A. Panagiotou, ALICE Internal Note JAKIE ARGUMENTY? Teoretyczne: Niemonotoniczne zachowanie się parametrów w pobliżu punktu krytycznego: TE 160 MeV, µe 360 MeV Różne kwarkowe kondensaty i przejścia fazowe przy dużym µb Eksperymentalne: Egzotyczne przypadki w promieniowaniu kosmicznym Interesting Physics Beyond Midrapidity JAKIE FLUKTUACJE? Intermitencja i grubo-ziarniste fluktuacje krotności, Przypadki typu CENTAUR Klastry DCC Аnomalne Nch, Nγ /Nch ΣEγ /ΣEh Silnie penetrujące obiekty STRANGELETY? Fluktuacje krotności w eksperymentach Anomalny kształt depozytu akceleratorowych energii w kalorymetrze Wyniki ze zderzaczy HERA: małe x (saturacja gluonów) RHIC : Color Glass Condensate? E. G.- D., Phys.Part.Nucl. 34 (2003)

4 CIEKAWE WYNIKI EKSPERYMENTALNE

5 Silna intermitencja w oddziaływaniach cząstek promieniowania kosmicznego z jądrami powietrza E. G.-D., Mod. Phys. Lett. A26 (1989)2553 <F>i = Mi-1 Σm-1M (km(km-1) (km-i+1))/<n>i, log<fi> = Ai + ϕilogm ϕi (siła intermitencji) o rząd wielkości większe niż przy energiach akceleratorowych Potęgowy wzrost momentów faktorialnych ze zmniejszaniem się δη :<Fi> = (Δη/δη)ϕi ϕ2 = 0.28 ±.04 Pamir, ~ 10 6 GeV ϕ2 = ±.003 S+S, 200 GeV, NA35

6 Grubo-ziarniste( y > 0.5) fluktuacje w NA35, S+S 200 А GeV Słabe daleko-zasiegowe korelacje w centralnych zderzeniach J. Bachler E. G et al.., Z. Phys. C56 (1992) 347 ν2 = f2/<n>2 - miara fluktuacji dynamicznych ν =f / N > 2 ν2 Γ(b) dla 2 ΔY << ξ ν2 2Γ(b)ξ(b)/ ΔY f2f = =< <N(N-1)> - <N>2 N N 1 N > 2 dla ΔY >> ξ 2 2 Siła i długość korelacji υ2 Γ(b) 0.03 и ξ >> 3 (w związku z symetrią układu nawet ξ >> 6)

7 EGZOTYCZNE PRZYPADKI na Mt. Chacaltaya (5200 m) i w Pamirze (4300; 4900 m) TYPY CENTAURÓW: CENTAURY ( klasyczne z Chacaltaya + inne) mini-centaury CHIRONY Anomalna dominacja hadronów (w krotności i energii), duży pt ~ 1.75 GeV/c, mała krotność Nh ~ 100. E.G.-D. Phys. Part. Nucl. 34(2003) SILNIE PENETRUJĄCA SKŁADOWA: kaskady, klastry, halo często towarzyszą przypadkom bogatym w hadrony

8 p E0 ~ ev e+ π0 e- γ γ e+ e- π0 e+ γ ee+ en TYPOWY PRZYPADEK A-jet e- e+ Hadron Block Block RODZINY FOTONOWO-HADRONOWE w górskich eksperymentach 0 p n π- Silnie penetrująca składowa 1cm Pb γ γ H ~ m Σ Eh < 30 % Σ Evis, Νh << Ν γ Film X + Pb-jet π+ CENTAUR Σ Eh >> Σ E γ, Νh >> Ν γ Qh = Σ Eh/ΣEvis > 0.5 ANOMALNA DOMINACJA HADRONÓW

9 Kłopot z CENTAURO I Estimated point of interaction 50 ± 15 m upper chamber 6cm Pb target layer 23 cm pitch Observed in Japan-Brasil Coll., ICRC 1973 Obserwacja: Energia ~ 231 TeV 7 kaskad w górnej, 43 kaskady w dolnej komorze Nh = 74, Nγ =0 w punkcie oddziaływania Upper chamber 1 e, γ 6 hadrons 0 (1) wooden support space 158 cm lower chamber 6 cm Pb Observed in Lower chamber 43 hadrons 28 Estimated penetrating through 22 hadrons Passing through the gap hypothesis praktycznie wykluczona Prawdopodobieństwo przejścia przez przerwę P ~ 5x dodatkowe argumenty z badania charakterystyk przypadku Nowe pomiary: NIE MA KASKAD należących do rodziny w górnej komorze PRZYPADEK JEST JESZCZE BARDZIEJ EGZOTYCZNY!!! Ohsawa, Shibuya, Tamada, Phys. Rev.D70, (2004); J. Phys. G32, 2333 (2006) Review, Symposium, Płock, 2010: J. Kempa E.G.-D et al.., to be publ. in CEJP

10 I IV V Anomalna dominacja hadronów potwierdzona przez rachunki symulacyjne II III 5x Przypadki z Chacaltaya Ohsawa et al., Nucl. Phys. (Suppl.B) (1999) 3 Qh = ΣEh/ΣEvis Również M. Tamada - 4 różne modele oddziaływań jadro-jądro (VENUS, QGSJET, HDMP, zmodyfikowany UA-5) + CORSIKA kod Monte Carlo do symulacji rozwoju kaskad elektromagnetycznojądrowych w atmosferze

11 Wspólna analiza 737 przypadków (E > 100 TeV) z 3 eksperymentów (Chacaltaya, Pamir, Pamir Joint-Chambers) (Baradzei et al., Nucl. Phys. B370 (1992) 365) 20 % przypadków z bogatych w hadrony (rodziny typu Centaur) W symulacjach nie otrzymano przypadków z Qh > 0.75 i Nh > 5 Qh ułamek energii niesiony przez składową hadronową

12 Pierwsze CENTAURO stowarzyszone z SILNIE PENETRUJĄCYMI KASKADAMI p π0 γ e+ e- PAMIR gruba komora Pb γ π0 γ γ e+ ee+ en e+ e- S = 9 m2, d = 60 cm Pb 60 warstw (1cm Pb + X-ray film) 2 długie wielo-maksimowe kaskady no start [c.u.] end zasięg no [c.u] [c.u.] pików Block Γ Nh = 55, Nγ = 74, ΣEh = 382 TeV, Σ Eγ=305 TeV Hadron Block Bogaty w hadrony przypadek e+ γ ep γ 1cm Pb Film X n π- π+ Pb-jet przeszły przez i uciekły przez dno komory Z. Buja, E. G., S. Mikocki, M. Szarska, L. Zawiejski, presented by E.G-D., ICRC, Paris, 1981 A-jet Silnie penetrująca składowa

13 EGZOTYCZNE KASKADY W KRAKOWSKIM PRZYPADKU TYPU CENTAURO STRANGELETY?? D D D Koniec zwykłej kaskady hadronowej ~ 1.5 Λint 120 t[c.u.] 60 сm Pb ~ 3.6 Λ int Wielogarbne kaskady przeszły przez całą komorę praktycznie bez zauważalnego osłabienia. Odległość między garbami, <Δt> = 10.4 c.u., jest ~ 2 razy mniejsza niż dla zwykłych kaskad hadronowych

14 Penetrujace halo w centrum rodziny Татьяна w grubej komorze grafitowej(26 cm Pb + 4 warstwy C (320 cm)) Pamir Coll., Mt. Fuji Coll., Chacaltaya Coll., Nucl. Phys. B191(1981)1 POTWIERDZENIE Inne przykłady egzotycznych kaskad w głębokich komorach Pb: Chacaltaya-Pamir Coll., Nucl. Phys. B424(1994)241 Optical density - D t [c.u.] Depth [cm Pb] 50 c.u.~5 Λint 120 c.u.~3.6λint

15 WYJAŚNIENIE DZIWNA MATERIA KWARKOWA (SQM)?? Fluktuacje w zwykłym oddziaływaniu hadronowym i/lub w rozwoju kaskad hadronowych nie tłumaczą ani Centaurów, ani silnie penetrującej składowej Różne modele (fluktuacje izospinu, DCC, mini-czarne dziury etc., większość oparta na scenariuszu QGP) wyjaśniają anomalną dominację hadronów (Białas, Bjorken, Karmanov, Mironov, Morozov, McLerran, Rajagopal, Wilczek, Zalewski, Zelevinsky.) Tylko scenariusz oparty na Dziwnej Materii Kwarkowej daje możliwość równoczesnego wyjaśnienia wszystkich cech związanych ze zjawskami typu Centauro (dominacja hadronów + silnie penetrująca składowa).

16 Estymaty dla Chacaltaya i LHC Centauro CENTAURO FIREBALL EVOLUTION 56A + CENTRAL COLLISION 14N at the top of the atmosphere Ep ~ 1740 TeV QUARK MATTER FIREBALL in the baryon-rich fragmentation region High µ q suppresses production of (u u), (d d), favoring g ss u, d g ss u s d (u s) (pre-equilibrium) KAON EMISSION K +, K0 carry out: K+ (d s) K 0anti strangeness, positive charge, entropy Stabilizing effects of s quarks long lived state s B ¼ > 190 MeV HG HG Strangelet Gęstość energii ~ (2.4) 3-25 GeV/fm 3, Temperatura T ~ (130) MeV Potencjał bariochemiczny µb ~ (1.8) GeV/fm3 wystarczające dla przejścia fazowego SQM FIREBALL u, d, B ¼ < 190 MeV Λ,Ξ, Σ,... EXPLOSION ~75 non strange baryons + strangelet (A ~ 10-15) Strangeness distillation mechanism C. Greiner et al., Phys. Rev. D38 (1988)2797 możliwa Formacja STRANGELETów CNGEN Centauro&Strangelet Generator Presented by E. G.-D. SQM'94; Astr. Phys. 2 (1994)167 Phys. Atom. Nucl. 67(2004)396

17 Mezony s d u s u d s d u u STRANGELET s d u d Dziwna Materia Kwarkowa u d Z = -1 S = -3 d u Bariony u u s Hiperjądra u d s d Poziom energetyczny zwykła materia kwarkowa u d s s d u s dziwna materia kwarkowa u d s ms d d Przepowiedziana przez Wittena Witten, Phys. Rev. D30 (1984)272 Istnienie stanów z liczbą kwarków > 3 w zgodzie z QCD Dodanie dziwnych kwarków kwarki zajmują niższe poziomy energetyczne Redukcja odpychania kulombowskiego (małe Z/A) dodatkowy czynnik stabilizujący

18 HIPOTEZA MODEL SQM CENTAURO FIREBALA Opisuje charakterystyki CENTAURÓW Przewiduje możliwość formacji STRANGELETÓW SILNIE PENETRUJĄCA SKŁADOWA = STRANGELETY? Jakie są ślady przejścia strangeletów przez materię?

19 STRANGELETY NIESTABILNE wiązka skolimowanych neutronów (mini-klaster) Emisja neutronów (praktycznie w punkcie formacji strangeletu) jest głównym kanałem rozpadu w silnych oddziaływaniach(τ s) METASTABILE sukcesywane wyparowywanie neutronów w czasie przejścia strangeletów przez aparaturę. Z powodu zmiany kwarkowego zapachu (s+u u+d) proces jest dużo wolniejszy niż silny rozpad neutronowy STABILNE τ 0 wystarczająco długi do przejścia przez aparaturę bez rozpadu (τ 0 > dla eksperymentów kosmicznych, τ 0 > 10-8 dla detektora CASTOR) Długi τ0 dla słabych radiacyjnych (d+u s+u+γ) i leptonowych (d u+e-+υe, s u+e-+υe ) rozpadów, jest zwiazany ze zmianą zapachu kwarku s w procesie rozpadu β oraz z 3- ciałową przestrzenią fazową E. G.- D., Z. Włodarczyk, J. Phys. G23(1997)2057

20 Przejście strangeletów przez ołowiowe komory emulsyjne Rozpad niestabilnego strangeletu na wiązkę 7 n (En ~ Estr/Astr ~ 200 TeV) Metastabilny strangelet (Astr=15, Estr~200ATeV, τ s) Symulowane krzywe przejścia są podobne do obserwowanych daleko-zasięgowych, wielogarbnych kaskad E. G.-D. and Z. Wlodarczyk, J. Phys., Nucl. Part. Phys. G23 Stabilny strangelet ~107 X0, ~3.5 Λ int (Astr=15, μq = 600 MeV) (1997)2057

21 Odległości między kolejnymi garbami i stosunki ich energii do średniej energii pików dla znalezionych w eksperymencie kaskad są dobrze opisywane przez symulowane strangelety (wiązka 7 neutronów) [cm Pb] Długo-zasięgowe, wielo-maksimowe kaskady mogą być wynikiem przejścia strangeletów przez aparaturę E/<E> Scenariusz SQM może wyjaśnić różne formy silnie penetrującej składowej (pojedyncze kaskady, mini-klastry, halo) E. G.-D. and Z. Wlodarczyk, J. Phys., Nucl. Part. Phys. G23 (1997)2057

22 Kłopot ze STRANGELETAMi 2 kandydatów na strangelety, AMS Nie znaleziono strangeletów, RHIC Model CNGEN tłumaczy negatywny wynik z RHIC-u Maksimum przewidywanego przez nasz model rozkładu strangeletówjest poza geometryczną akceptancją ZDC strangelety w centralnych STAR Au+Au w RHIC-u (E.G.-D. - CNGEN) (~ 6.5 < η < 8.0 dla neutralnych strangeletów) stosowanego przez STAR Coll., Phys. Rev. C76, (R) (2007) η zbyt wysokie η dla formacji strangeletu??

23 STRANGELETY -> NOWE POMYSŁY STRANGELETY produkty rozpadu dużych globów kwarkowych, obecnych w pierwotnym promieniowaniu kosmicznym - tłumaczy zagadkę CENTAURO I Ohsawa, Tamada, Shibuya, Phys. Rev. C70, (2003) STRANGELETY zmodyfikowana materia spektatorowa - produkowane w peryferycznych zderzeniach jadro-jadro - nadwyżka dziwnych kwarków spowodowana absorbcją Kwyemitowanych z QGP: Norbeck and Onel, Workshop on Nuclear Dynamics, Jamaica 2010 negatywny wynik szukania strangeletów przez STAR -> należy ich szukać nie w centralnych, ale w peryferycznych zderzeniach.

24 NOWE eksperymenty Pamir Chacaltaya International Scientific Research Centre (ISRC) segmentowa głęboka komora z filmami X w trakcie naświetlania -Ar-Arkhar, Pamir, 4400 m a.s.l. - dedykowana badaniu silnie penetrującej składowej hadronowej, być może będącej śladem przejścia dziwnej materii kwarkowej (strangelets) podobny eksperyment jak CASTOR-CMS Propozal stworzenia sieci wysokgórskich stacji badawczych

25 NOWE STANY MATERII w LHC Gdzie i jak ich szukać?

26 CASTOR Centauro and Strange Object Research Cel - fizyka wprzód pp, pa, AA Тradycyjna Fizyka małych-x (rozkłady partonów do x ~ ) saturacja gluonów, dyfrakcja, jety, ultra-peryferyczne zderzenia, uściślenie parametrów dla modeli z promieniowania kosmicznego + Egzotyczna Fizyka Szukanie Nowych Stanów Materii w środowisku bogatym w bariony, w obszarze wprzód QGP, silnie penetrujace obiekty, Centaury, Strangelety, DCC...

27 CASTOR - historia 1. ~ Pomysł sub-detektor ALICE do szukania QGP przy pomocy nowych sygnatur, poza midrapidity Pierwszy CASTOR Technical Proposal - A.Angelis, S. Filippov, E.Gładysz, Y. Kharlov, A. Kurepin, A. Panagiotou, S. Sadovsky CASTOR w CMS-ie zatwierdzenie CASTOR-a w CMS-ie testy prototypów na wiązkach e, μ, π (CERN SPS) działa i uczestniczy w nim wiele zespołów (Grecja, Belgia, Brazylia, CERN, Turcja, Niemcy (DESY), Rosja (JINR, INR, ITEP, MSU), USA) Udział IFJ- Kraków: CASTOR/ALICE J. Bartke, E. Gładysz-Dziaduś, J. Błocki, P. Żychowski CASTOR/CMS 2005 zespół zainteresowany fizyką CASTOR-a oficjalnym członkiem CMS-u J. Błocki, A. Cyz, E. GładyszDziaduś, L. Gorlich, S. Mikocki, J. Turnau, P. Żychowski

28 KALORYMETR CASTOR - Promieniowanie Czerenkowa jest emitowane przez relatywistyczne cząstki kaskady rozwijającej się w płytkach wolframowych (shower core detector) - Podział na 16 azymutalnych sektorów i 14 podłużnych modułów jest wystarczający do zbadania struktur w podłużnym rozwoju kaskad. - Duża głębokość umożliwi rejestrację silnie penetrujących obiektów 760Air-core mm W 10.3 λ Light Guide 14 longitudinal layers(12h + 2EM)x 16 azimuthal sectors PMTs = 224 channels Active volume W/Q -plates Sampling Units Reading Unit W-plate (octant) Readout Unit = 5 Sampling Units EM section: RU ~ 5x5 mm W ~ 10 X0 ~ 0.4Λ I Beam HQsection: -plate CASTOR Review 26/05/05 1 RU ~-octant) 5x10 mm W ~ 20 X0 ~ 0.79Λ (semi I Apostolos D. Panagiotou

29 CMS - największa akceptancja wśród eksperymentów na LHC ( i zbudowanych kiedykolwiek zderzaczy) hermetyczne wypełnienie η 13 Centralny obszar Tracker, muons CMS -forward rapidity η > 3 η < 2.4 ECAL + HCAL 3 < η < 5 CMS Forward HCAL z = ± 140 m TOTEM ZDC CASTOR EM HAD 3 < η < < η < < η < < η

30 EGZOTYCZNE OBIEKTY w LHC Sprzyjające warunki: Net Dostatecznie wysoka energia CR Centauro: Fe+N Ep ~ 1740 ТэВ snn ~ 233 ГэВ, stot ~ 6.7 ТэВ LHC Centauro: Pb+Pb 2.75 ТэВ/н ТэВ/н snn ~ 5.5 ТэВ, stot ~ 1150 ТэВ Środowisko bogate w bariony dla ~ 5 < η < 7 BRAHMS Pik w rozkładzie liczby barionowej: η ~ ηbeam 2.4 ~ 6.3

31 Symulacje EGZOTYCZNYCH OBIEKTÓW CNGEN + GEANT+ аlgorytm przejścia strangeletów CENTAURY T = МeV µb = GeV yfb = STRANGELETY Stabilne, niestabilne МIESZANE PRZYPADKI (Centaury stowarzyszone ze strangeletami Astr =10 40 Estr = 8 40 ТeV (5-25% energii padającej w kalorymetr CASTOR, zgodnie z silnie penetrującą składową w promieniowaniu kosmicznym) КLASTRY DCC EDCC = ТeV Dla różnych konfiguracji i geometrycznych akceptancji detektora

32 Dominacja hadronów Nh/Ntot = 0.93 ΣEh/ΣEtot = 0.99 s = 5.5 TeV/n µb = 1.8 GeV T = 190 MeV S. Sadovsky (E. G.-D.) et al., Ядерная Физика 67(204)414

33 Duży pęd poprzeczny Pb+Pb centralne, s =5.5 TeV A CENTAUR STRANGELET T = 130 МeV T = 190 МeV T = 250 МeV T = 130 МeV T = 190 МeV T = 250 МeV µq = 0.6 GeV CENTAURY T = 130 МeV, <pt> = 1.34 GeV/с T = 250 МeV, <pt> = 1.75 GeV/с HIJING <pt> = 0.44 GeV/с, tj. ~ 3-4 razy mniejszy niż w przypadkach Centaur S. Sadovsky (E. G.-D.) et al., Ядерная Физика 67(204)414

34 Krotność i skład cząstek w akceptancji detektora CASTOR <N> <N> N = 108 N = 2352 (Ntot = 211) T = 250 MeV, µq= 600MeV, ystop = 3.0 idpart CENTAURO Маła krotność, bariony z domieszką kaonów 5.2 < η < 6.5 idpart HIJING Wysoka krotność, dominacja pionów Symulacje CNGEN (E. G.-D. Phys. Part. Nucl. 34(2003) ).

35 Prawdopodobieństwo detekcji Centaurów i strangeletów E. G.-D., Acta Phys.Pol. B37 (2006) <η < 6.5 CASTOR 1.74cm Es tr (G ev ) η ε = 17 GeV/fm3, T = 300 MeV, µq = 330 MeV, ystop = 2.5 η ~60 % produktów rozpadu firebala Centaur i znaczna część strangeletów wpada w obszar akceptancji CASTOR-a Рrodukowane są także wysoko-energetyczne strangelety (E ~ 30ТeV)

36 Prawdopodobieństwo detekcji strangeletów T = 350 MeV T = 300 MeV T = 250 MeV 5.2 < η < 6.5 LHC: Gęstość energii do є ~ 30 GeV/fm3 ystop ~ HIJING, VENUS ystop ~ 2.3 BRAHMS-RHIC Prawdopodobieństwo formacji strangeletów z energiami powyżej progu detekcji (~7 ТeV), w rozpadzie Centaurów: Kilka - 25 % y stop ~ E. G.-D., Acta Phys.Pol. B37 (2006) 153

37 Estr = 40 TeV Symulacje strangeletów w kalorymetrze CASTOR/ALICE Konfiguracja: Central Pb+Pb HIJING Estr = 20 TeV 1 warstwa: 5 mm (10 mm) W + włókna kwarcowe 8 (φ) x (8 EM + 72 H) segmentów Głębokość: 760 mm W (głębokość efektywna ~300 X0, 11 Λint) Estr = 10 TeV Nawet w przypadku nisko energetycznych STRANGELETÓW SYGNAŁ WYRAŻNIE POWYŻEJ TŁA A. Angelis, J. Bartke, E. G.-D. Z. Włodarczyk, EPJ direct, C9 (2000) 1.

38 Symulacje Strangeletów CASTOR/CMS Geometria: HIJING STRANGELETs 1 layer: 5 mm W + 2 mm quartz plate ~2.37 X0 7 layers per readout unit 16 (in φ) x 18 readout channels Total depth: ~300 X0, 10.5 int NAWET NISKOENERGETYCZNE (~ 5 TeV) STRANGELETY MOGĄ BYĆ WIDOCZNE PONAD TŁEM! E. G.-D., Acta Phys. Polonica, X0 Wydzielenie sygnału od tła na poziomie > 3σ

39 FORMA DEPOZYTU ENERGII = Pb+Pb HIJING NIESTANDARDOWA SYGNATURA NOWYCH STANÓW MATERII Charakterystyczne sygnały w wyniku przejścia różnych EGZOTYCZNYCH OBIEKTÓW Różnią się między sobą i od tła zwykłych przypadków. MONOPOLE, R-hadrony? E. G.-D., Proc. Nuclear Theory 21, Rila, 2002, p.152

40 Czułość kalorymetru na EGZOTYCZNE OBIEKTY Dobre narzędzie do detekcji różnych egzotycznych obiektów (Centaury, DCC, silnie penetrujące obiekty: strangelety, relatywistyczne monopole magnetyczne, R-hadrony...) Czułość wzrasta ze wzrostem głębokości kalorymetru i liczby podłużnych i azymutalnych segmentów. Możliwość identyfikacji (długo- i krótko-życiowych, naładowanych i neutralnych) STRANGELETÓW z Estr > 5-7 ТэВ и Astr >10. Korelowanie σetot (asymetria w depozycie energii między azymutalnymi sektorami) i σfluct (fluktuacje w wysokości sygnału w podłużnych sektorach) możliwość wydzielenia sygnału od tła (dla nisko-energetycznych strangeletów) na poziomie > 3σ

41 Zjawiska typu Centauro w ALICE CENTAURO via event-by-event fluctuations Niska krotność i charakterystyczny skład czastek wysoki pt małe N /Nh, E / Eh Charakterystyczny rozkład Wstępne sugestie dla ALICE STRANGELETY Jeśli produkowane jako zmodyfikowana materia spektatorowa detekcja w ALICE ZDCs Jeśli produkowane w midrapidity (koalescencja) charakterystyczny sposób rozpadu w centralnych detektorach

42 (1/Nev)dN/d ℇ = 17 GeV/fm3, T = 300 MeV, q = 330 MeV, yfb = 1.5 E. G.-D. - GENERATION by CNGEN Centauro ALICE detectors Strangelets PPR, 2004 ITS, TPC particle identification FMD - Ncharged ZEM PMD Nph EM energy proton ZDC neutron ZDC EM + Hadronic energy

43 ALICE ZDCs lepsze niż w CMS -> podział ZDCs na 4 moduły pp -> są przypadki, w których prawie cała energia Preliminary suggestions p + p - Pythia jest zdeponowana w jednym module normalny PbPb -> energia No events with high N1/P1 (or N1~P1~ 0) jednorodnie rozłożona w modułach STRANGELET zaskakująco wysoki ułamek energii w jednym module (tower) E. G.-D., Epiphany Conf., 2011 neutronowego/ protonowego ZDC

44 ТЕSTY РROTOTYPU I mm W-plate 19.1 g/cm3 ; Q-fiber (Q-plate) planes Wiązka elektronów GeV, CERN SPS Liniowość Zdolność rozdzielcza Jednorodość Różne techniczne rozwiązania: Kwarcowe włókna czy płytki? 1- Reading unit = 10 (W+Q plates) ~ 23.7 Xo ~0.83 Λ int Аnaliza: E. G.- D. Report 1942, INP PAN, Krakow, 2004 X. Aslanoglou...E.G.-D. et al., Acta Phys.Pol.,2008.

45 Sprawdzenie różnych technicznych rozwiazań Fotodetektory: Reflektory: PMT S: Hamamtsu R374 (φ25mm), Philips XP2978 (φ25mm) APD s: Hamamatsu S8148 [2x2 = 1cm-2] Advanced Photonics DUV (φ 16mm) 140 J2 E 100 E D J1 C C G O H S1 B B I E D F J D 60 A E A D C 20 C B Q-Plate Glass reflector S Kwarcowe włókna, czy płytki? Q-Fibers / Glass reflector Q-Fibers HF-reflecting foil 80 folia(dupond+sio2+tio2) szkło (Al+MgFr) A A 0 B

46 Energy Scan: S1-Quartz-Plate, Philips PMT rozkłady Gaussa 20 GeV 40 GeV 80 GeV 100 GeV 150 GeV 200 GeV

47 Liniowość w różnych sektorach Liniowy wzrost sygnału z energią ADC = a+b E

48 Energetyczna zdolność rozdzielcza σ/e = p0 + p1/ E σ/e = p0 p1/ E p2/e Stały czynnik: p0 ~ 0 Сzynnik stochastyczny: p1~ % Egzotyczne obiekty, wyprodukowane wlhc z energiami ~ТeV będziemy mierzyć z zadowalającą dokładnością, lepszą niż σ/e ~ 0.5 %

49 ТЕSTY 2004 e, π, µ : GeV/с PROTOTYP II EM = 2EM RU = 27 X0 2EMRU+4HRU = = 4.3 ΛI Pb +W absorber = 5.3 ΛI M a in t it le

50 Liniowość sekcji EM prototypu II X.Aslanoglou...E.G.-D...et al., EPJ C52, 2007, 495

51 Energetyczna zdolność rozdzielcza sekcji EM prototypu II σ/e = p0 p1/ E p2/e Stały czynnik p0 0 Сzynnik stochastyczny p1 = 36% - 51% X.Aslanoglou...E.G.-D...et al., EPJ C52, 2007, 495

52 WYNIKI TESTÓW 1. Parametry kalorymetru spełniają wymagania eksperymentu. Rozdzielczość wystarczająca do badania nowych stanów materii. 2. Porównanie wersji z płytkami i włóknami kwarcowymi: - Liniowość obu wariantów - Strumień światła większy dla rozwiązania z płytkami - Porównywalna zdolność rozdzielcza kalorymetr z płytkami kwarcowymi jest dobrym rozwiązaniem 3. Semi-оktantowa ( φ = 22.50) geometria bardziej efektywna niż oktantowa.

53 CASTOR is fully functional and taking high quality data. CASTOR along with other CMS forward detectors is providing the largest rapidity coverage ever achieved in collider experiments. I. Katkov for the CMS Coll., PoS, QFTHEP, 2010

54 PODSUMOWANIE Zaproponowano i opracowano: Szukanie nowych stanów materii metodami zainspirowanymi przez wyniki eksperymentów z promieniowaniem kosmicznym Formę depozytu energii w głębokich kalorymetrach z odpowiednią segmentacją jako niekonwencjonalną sygnaturę nowych stanów materii i egzotycznych zjawisk towarzyszących tworzeniu się Plazmy Kwarkowo-Gluonowej Zaproponowano i zrealizowano unikalny projekt CASTOR, sub-system eksperymentu CMS na LHC, do badania cząstek produkowanych pod małymi kątami (forward rapidity). Jest on dobrym narzędziem do badania podłużnego profilu kaskad i detekcji silnie penetrujących obiektów.

55 Czekamy na wyniki z LHC i rozwiązanie zagadkowych wyników eksperymentów z promieniowania kosmicznego