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

Cztery pożegnania i skandal Daniel Kikoła, Politechnika Warszawska, Wydział Fizyki 21 XI 2014 1

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

19 24 V 2014 http://qm2014.gsi.de 215 prezentacji, 370 plakatów Program: https://indico.cern.ch/event/219436/timetable/#20140518.detailed 3

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

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

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

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

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

Tłumienie J/y, : Temperatura QGP EPJC 61; 705-710, 209 9

Tłumienie produkcji J/y Peryferyczne Centralne b ~ max b~0 RAA podobne wartości dla snn = 17 200 GeV tłumienie prod. w QGP + wtórna prod. J/ψ Model: Zhao, Rapp Phys Rev C.82.064905 10

Tłumienie produkcji J/y STAR Preliminary RAA podobne wartości dla snn = 17 200 GeV tłumienie prod. w QGP + wtórna prod. J/ψ Model: Zhao, Rapp Phys Rev C.82.064905 11

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

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

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

ϒ at LHC J/y at RHIC ϒ(1s) at LHC J/y at RHIC arxiv:1405.4493 Regeneracja ϒ? Statystyczna produkcja? Phys.Rev.Lett.98:232301,2007 15

Pożegnanie nr 1: J/y, termometr dla QGP Dużo komplikacji nawet dla, niemożliwa prosta interpretacja EPJC 61; 705-710, 209 16

Pożegnanie nr 2: Zachowania kolektywne domeną A+A 17

Zachowania kolektywne QGP B. Schenke, QM 2012 18

v2 zgodne z modelami hydrodynamicznymi QGP jako ciecz doskonała http://www.interactions.org/sgtw/2006/1025/star_grid_more.html 19

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

d+au @ RHIC PRL111, 212301 (2013) v2 w d+au 200 GeV nawet dla dużych Dh 21

PHENIX: 1404.7461 PHENIX: znaczne v2, zależność od masy ( mass splitting ) STAR: brak sygnału v2 22

Przepływy eliptyczne w p+pb CMS, Sharma PAS-HIN-14-002 v2 p+pb: CMS, ALICE: duże v2, zależność od masy Podobna wyniki jak dla Pb + Pb 23

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-14-006 v2 PbPb ppb PLB724 (2013) 213 (event multiplicity) 24

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

p+pb - v2 w funkcji η Większe v2 dla większych krotności CMS, Xu PAS-HIN-14-008 26

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

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

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

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-14-007, PbPb:1312.4198 Appelt, HIN-12-004, HIN-14-001 30

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-14-004, PbPb:1312.4198 31 31

RdAu dla c,b @ RHIC b e, c e 32

Mini QGP (efekty kolektywne) Efekty zwykłej materii jądrowej arxiv:1410.6503 npdf + zmiana pędu parton w wyniku oddziaływań z innymi partonami Possible evidence for radial flow of heavy mesons in d+au collisions Phys. Lett. B731 51-56 (2014) 33

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

Upsilon in p+pb @ 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

Tłumienie produkcji ψ' i J/ψ w d+au PRL 111, 202301 (2013) ψ(2s) 3x większe tłumienie niż J/ψ Zupełnie inny trend niż dla J/ψ 36

Względne tłumienie dla ψ'/j/ψ Po utowrzeniu cc zwiększa rozmiar podczas przechodzenia przez materię jądrową PRL 111, 202301 (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

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

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

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

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

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, 074505 (2009). c - podatność - STAR: PRL105, 22303(10); ibid, 032302(14) - M. Stephanov: PRL102, 032301(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, 192302(12) // S. Borsanyi et al., PRL111, 062005(13) // V. Skokov et al., PRC88, 034901(13) STAR, Xu 42

Net-charge STAR, SARKAR Net-proton 43

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

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

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

RHIC Scientists Serve Up "Perfect" Liquid http://www.bnl.gov/newsroom/news.php?a=1303 Argument: Model hydrodynamiczny po raz pierwszy opisuje dane http://www.interactions.org/sgtw/2006/1025/star_grid_more.html 47

48

49

50

51

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:1405.7825 http://nt.phys.columbia.edu/people/gyulassy/talks/2013/mgyulas sy-110513-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:1302.0300 Thomas A. Trainor: A critical review of RHIC experimental results, arxiv:1303.4774 52

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

Dodatkowe slajdy 54

RHIC Beam Enery Scan Inne interesujące wyniki 55

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, 162301(2014)/aiXiv:1401.3043 [1] D.H. Rischke et al. HIP1, 309(1995) [2] H. Stoecker, NPA750, 121(2005) [3] J. Steinheimer et al., arxiv:1402.7236 [4] P. Konchakovski et al., arxiv:1404.2765 56

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

Jet quenching at RHIC Light hadrons suppressed at high pt at 39-200 GeV ehf no suppression at 62 GeV 58

Elliptic flow at RHIC Phys. Rev. C 86 (2012) 54908 Light hadrons suppressed at high pt at 39-200 GeV Positive v2 of charged hadrons, small difference for 39 200 GeV 59

ehf RAA and v2 at snn = 62 GeV arxiv:1405.3301 arxiv:1405.6348 No ehf suppression for pt < 5 GeV v2 lower at 39 and 62 GeV than at 200 GeV for pt < 1 GeV/c 60

Backup 61

CERN-PH-EP-2012-173 62

Y suppression 63

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

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

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

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

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. 1312.7397 - R. Rapp: PoS CPOD13, 008(2013) - O. Linnyk et al, PRC85, 024910(12) Patrick HUCK 68 May 19, [Electromagnetic probes]

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

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 2 4 4 = 2 υn υn = υn If nonflow d 0 and non-negligible fluctuations (s 0): 2 2 n 2 υn {2} = υ +σ +δ 4 2 2 2 4 υn {4} =( υn +σ ) 2 σ L. Yi, et al. arxiv: 1101.4646 (assuming Gaussian fluctuations) upper and lower limit on elliptic flow 70

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

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-14-013 Rlong (GeV) multiplicity Raphael Granier de Cassagnac kt = (pt1 + pt2)/2 [GeV/c] 72

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:1307.3442, EPJC-accepted ppb looks a lot like PbPb, and as hydro predicts! 73

74

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-12-001 Raphael Granier de Cassagnac 75 75

76

77

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

Raphael Granier de Cassagnac 79 79

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:1405.4632 80

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]

Collectivity v2 Measurements STAR: Phys. Rev. Lett. 110 (2013) 142301 1) 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

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:1308.1753/prl112.012301] Nu Xu 83

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, 202301 (2013) Matt Durham - Quark Matter 2014 84 84

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) 20 0 4 % RAA(ψ ) = 0.13 ± 0.05 Much less at lower pt RAA(ψ ) = 0.67 ± 0.19 regenration CMS,Moon, HIN-12-007 CMS, Raphael Granier de Cassagnac 85

86