przekaz liczby barionowej w zderzeniach hadron-hadron, hadron-jądro i jądro-jądro
DESCRIPTION
Przekaz liczby barionowej w zderzeniach hadron-hadron, hadron-jądro i jądro-jądro. P.Szymański Zespół NA49. Plan. Wstęp Zderzenia elementarne Oddziaływania p Pb Oddziaływania PbPb Podsumowanie. Plan. Wstęp Cel badań – co się dzieje z liczbą barionową? Modele - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
11
Przekaz liczby barionowej wzderzeniach hadron-hadron, hadron-jądro i jądro-jądro
P.SzymańskiP.SzymańskiZespół NA49Zespół NA49
22
Plan
WstępWstęp
Zderzenia elementarne Zderzenia elementarne Oddziaływania Oddziaływania ppPbPb
Oddziaływania PbPbOddziaływania PbPb
PodsumowaniePodsumowanie
33
Plan
WstępWstęp• Cel badań – co się dzieje z liczbą barionową?Cel badań – co się dzieje z liczbą barionową?• ModeleModele• Sposób opisu danych doświadczalnych Sposób opisu danych doświadczalnych • Bariony netto – po odjęciu barionów z par Bariony netto – po odjęciu barionów z par
BBBB• Stan badań doświadczalnych – oddziaływania Stan badań doświadczalnych – oddziaływania
pppp• Poszerzenie zakresu badań–oddziaływania pA Poszerzenie zakresu badań–oddziaływania pA
i AAi AA
44
Pytania
Gdzie „znajduje” się liczba barionowa?Gdzie „znajduje” się liczba barionowa? Co się z nią dzieje w zderzeniu barionów?Co się z nią dzieje w zderzeniu barionów?
Brak ilościowych przewidywań teoretycznychBrak ilościowych przewidywań teoretycznych• podejście perturbacyjne nie działapodejście perturbacyjne nie działa
„Miękki” sektor QCD – większość „Miękki” sektor QCD – większość Modele parametryzujące dane Modele parametryzujące dane
Potencjalne odpowiedzi
55
Modele
Dual modelDual model•LLiczba barionowa w di-kwarku,iczba barionowa w di-kwarku,
„„JJunction pictureunction picture”” (Rossi/Veneziano(Rossi/Veneziano)) •Liczba barionowa w polu gluonówLiczba barionowa w polu gluonów
Liczba barionowa możeLiczba barionowa może
podróżowaćpodróżować na duże odległościna duże odległości
66
Jak opisać dane doświadczalne?
Podłużna przestrzeń fazowa:Podłużna przestrzeń fazowa: TLdpdp
d 2
ZZmienna skalująca:mienna skalująca: 2/s
px LF
Fdx
dpo wycałkowaniu po pędzie poprzecznympo wycałkowaniu po pędzie poprzecznym
N cząstek – redukcja do inkluzywnej produkcjiN cząstek – redukcja do inkluzywnej produkcji protonów protonów
Najprostszy sposób badania przekazu liczby barionowejNajprostszy sposób badania przekazu liczby barionowej
Od stanu Od stanu do stanu do stanu początkowego początkowego końcowegokońcowego
77
•Jeżeli pary o I=0, trzeba odjąćJeżeli pary o I=0, trzeba odjąć
•Jeżeli pary o I=1 ile Jeżeli pary o I=1 ile odjąć?odjąć?
Trzeba mierzyć również antyptorony
Część protonów w stanie końcowym pochodzi z produkcji paCzęść protonów w stanie końcowym pochodzi z produkcji parr
barion-antybarion – nic wspólnego z liczbą barionową stanubarion-antybarion – nic wspólnego z liczbą barionową stanu
początkowego początkowego
PARZPROTONYFPROTONYFNETTOPROTONYF dx
dN
dx
dN
dx
dN
nppppnnn
pnn
pp
p
88
Stan badań eksperymentalnych (xF,pT) Niezadowalający nawet dla najprostszego pomiaruNiezadowalający nawet dla najprostszego pomiaru inkluzywnegoinkluzywnego
GeVs 2010 •Stała tarcza (SPS)Stała tarcza (SPS)
•Zderzacz (ISR)Zderzacz (ISR)
•Zderzacz (RHIC)Zderzacz (RHIC)
•Zderzacz (LHC)Zderzacz (LHC)
GeVs 6020
GeVs 200
TeVs 140.0 0.5 1.0
xF
0
0.5
1
1.5
2
pT [
GeV
]
0.0 0.5 1.0xF
0
0.5
1
1.5
2
pT [
Ge
V]
99
•proton-jądro (pA)proton-jądro (pA)
•jądro-jądro (AA)jądro-jądro (AA)
Co się dzieje gdy liczba zderzeń rośnie ?Co się dzieje gdy liczba zderzeń rośnie ?
Jak poszerzyć zakres danych? intensyfikacja przekazu liczby barionowej w zderzeniach intensyfikacja przekazu liczby barionowej w zderzeniach
wielokrotnych – oddziaływania pA i AA wielokrotnych – oddziaływania pA i AA
L L
Before After
co llis ions
co llis ion
b
collisions
collision
b
L
b
L
co llis ions
Before
A fter
mean
collisions
b
1010
Podsumowanie Wstępu
• Niewystarczające pokrycie przestrzeni fazowej Niewystarczające pokrycie przestrzeni fazowej
w większości eksperymentóww większości eksperymentów
• Przeważnie brak danych uniemożliwia Przeważnie brak danych uniemożliwia
całkowanie po pędzie poprzecznymcałkowanie po pędzie poprzecznym
• Zderzacze: strefa eksperymentalna powinna Zderzacze: strefa eksperymentalna powinna
wydłużać się wydłużać się s dla utrzymania pokrycia s dla utrzymania pokrycia
przestrzeni fazowej. Dla LHC powinna przestrzeni fazowej. Dla LHC powinna
osiągnąć osiągnąć 500m (wymaga specyficznej 500m (wymaga specyficznej
konstrukcji maszyny)konstrukcji maszyny)
• Dane z oddziaływań wielokrotnych przydatneDane z oddziaływań wielokrotnych przydatne
– – inteintennsyfikacja przekazu syfikacja przekazu liczby barionowejliczby barionowej
1111
Plan
WstępWstęp
Zderzenia elementarneZderzenia elementarne• Eksperyment NA49Eksperyment NA49• Podwójnie różniczkowy przekrój czynny na Podwójnie różniczkowy przekrój czynny na
produkcję protonów i antprodukcję protonów i antyyprotonów protonów • Przekrój czynny wycałkowany po pędzie Przekrój czynny wycałkowany po pędzie
poprz.poprz.• Uwzględnienie protonów produkowanych w Uwzględnienie protonów produkowanych w
parachparach• Faktoryzacja pocisk-tarcza Faktoryzacja pocisk-tarcza
Oddziaływania Oddziaływania ppPbPb
Oddziaływania PbPbOddziaływania PbPb
PodsumowaniePodsumowanie
1212
Eksperyment NA49 (1995-2002, CERN/SPS)
Zestaw dużych
Komór Projekcji Czasowej
(TPC) detektory śladowe
połączone
z identyfikacją cząstek przez
pomiardx
dE
1313
antyprotonyantyprotony ppTT=0.1 GeV/c=0.1 GeV/c
ppTT=1.5 GeV/c=1.5 GeV/c
Pokrycie przestrzeni fazowej przy 6mln przypadków pp
Identyfikacja cząstek : 0<xIdentyfikacja cząstek : 0<xFF<1, 0<p<1, 0<pTT<2 <2 GeV/cGeV/c
protony protony ppTT=0.1 GeV/c=0.1 GeV/c
ppTT=1.9 GeV/c=1.9 GeV/c
1414
Po wycałkowaniu po pT
581.0PN 019.0P
N
Trzeba odjąć protony produkowane w parachTrzeba odjąć protony produkowane w parach
1515
czy ?
Wyznaczenie liczby protonów produkowanych w Wyznaczenie liczby protonów produkowanych w parachparach--pomiar produkcji antyprotonówpomiar produkcji antyprotonów
0πpn
nn
nppppn
nn
pp
pp
np
p
p
pociski o różnym izospinie
Do wyznaczenia liczby protonów netto trzeba odjąć Do wyznaczenia liczby protonów netto trzeba odjąć 60% więcej antyprotonów60% więcej antyprotonów
ta sama tarcza (faktoryzacja)
1616
Zależność produkcji par barionów od izospinu pocisku rzuca światło na mechanizm ich produkcji
Anihilacja kwarków morza Anihilacja kwarków morza Fuzja gluonowa Fuzja gluonowa symetryczne pary symetryczne pary BBBB
Ciężkie mezony możCiężkie mezony możlliwym źródłem par barionówiwym źródłem par barionówBariony „pamiętają” dane pociskuBariony „pamiętają” dane pocisku
M.Bourquin, J-M.Gaillard Phys.Lett. B59 (1975) 191M.Bourquin, J-M.Gaillard Phys.Lett. B59 (1975) 191
B
B
q
q
B
B
g
g
1717
Czy widać faktoryzację tarcza-pocisk?Szybki proton w jednej półkuli – protony netto w przeciwnej
2
-1 .0 -0.5 0.0 0.5 1.00
0.2
0.4
0.6
0.8
xF
d N
/ d
xF
-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.00
0.2
0.4
0.6
0.8
xF
d N
/ d
xF
-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.00
0.2
0.4
0.6
0.8
xF
d N
/ d
xF
Dwu-składnikowy mechanizm produkcji cząstekDwu-składnikowy mechanizm produkcji cząstek Wkład od pocisku i tarczy wyraźnie rozdzielony Wkład od pocisku i tarczy wyraźnie rozdzielony Przekaz liczby barionowej między nimi ograniczony do Przekaz liczby barionowej między nimi ograniczony do |x|xFF|<0.3 |<0.3 wyklucza znaczące przesunięcia w pośpieszności wyklucza znaczące przesunięcia w pośpieszności przewidywane przez „przewidywane przez „junction picturejunction picture” podejście” podejście
Pocisk bez liczby barionowej
1818
Podsumowanie Zderzeń Elementarnych
• Dane NA49 o produkcji protonów i antyprotonów Dane NA49 o produkcji protonów i antyprotonów
znacznie poszerzają materiał doświadczalnyznacznie poszerzają materiał doświadczalny
• Produkcja asymetrycznych par barionów – Produkcja asymetrycznych par barionów –
sugeruje sugeruje inny inny mechanizm produkcji mechanizm produkcji niż produkcja niż produkcja
centralna centralna
• Pierwsza obserwacja dPierwsza obserwacja dwuskładnikowwuskładnikowegoego mechanizm mechanizmuu
przekazu liczby barionowej przekazu liczby barionowej – pocisk i tarcza– pocisk i tarcza
• Wzajemne przenikanie wkładów od tarczy i pocisku Wzajemne przenikanie wkładów od tarczy i pocisku
ograniczone do |xograniczone do |xFF|<0.3 |<0.3 – więzy dla „junction picture”– więzy dla „junction picture”
1919
PlanPlan
WstępWstęp
Zderzenia elementarneZderzenia elementarneOddziaływania pPb Oddziaływania pPb
• Centralność zderzenia Centralność zderzenia • Wyznaczona on-line liczba „szarych Wyznaczona on-line liczba „szarych
protonów”protonów”• Protony netto w pPb w zależności od Protony netto w pPb w zależności od
centralnościcentralności Zmierzona faktoryzacja – bezbarionowy pociskZmierzona faktoryzacja – bezbarionowy pocisk Spiętrzenie wkładu od pocisku Spiętrzenie wkładu od pocisku
Oddziaływania PbPbOddziaływania PbPb
PodsumowaniePodsumowanie
2020
Oddziaływanie hadron-jądro – centralność zderzenia
„„uderzone” nukleony powodują emisję uderzone” nukleony powodują emisję „„szarych protonów” szarych protonów” 0.15<p0.15<pLABLAB<1.5GeV/c<1.5GeV/c
L L
Before After
co llis ions
co llis ion
b
collisions
b
collision
Liczba zderzeń Liczba zderzeń pocisku zależy odpocisku zależy od liczby „szarychliczby „szarych protonów”protonów”
Dla tej samej liczby zderzeń Dla tej samej liczby zderzeń produkują więcej szarych produkują więcej szarych protonów niż protonyprotonów niż protony(„mniejszy” pocisk musi („mniejszy” pocisk musi uderzyć bardziej centralnie)uderzyć bardziej centralnie) 0 5 10 15
ng
0
2
4
6
Pb
pPb
2121
Oddziaływanie hA – pomiar liczby „szarych protonów”
NA49 „NA49 „centrality centrality detectordetector””
Licznik proporcjonalnyLicznik proporcjonalnyotaczający tarczęotaczający tarczę256 padów 256 padów
Włączony w system Włączony w system wyzwalania NA49wyzwalania NA49
2222
Produkcja protonów netto w pPb w zależności od centralności zderzenia
-0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5xF
0
0.5
1
1.5
2
dN
/dx
F
<>=4.6
<>=2.5• dN/dxdN/dxFF dla różnej liczby dla różnej liczby zderzeń pociskuzderzeń pocisku
ze wzrostem liczby ze wzrostem liczby zderzeń pocisku rozkład zderzeń pocisku rozkład gęstości protonów netto gęstości protonów netto przesuwa się w kierunku przesuwa się w kierunku xxFF=0=0
znany efekt, myląco znany efekt, myląco zwany zwany „stopping”„stopping”
2323
Czy można wydzielić wkłady pocisku i tarczy dorozkładów protonów netto w oddziaływaniach pPb?
2
Pocisk z liczbą barionową netto równą 0:
-0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5xF
0.01
0.1
1
dN
/dx F
<>=1.
<>=2.2
<>=4.7
•Już pokazane wyniki w skali log•Konformalne przejście od <>p do <>Pb
0 1 2 3 4 5
0
0.4
0.8
1.2
dN
/dx
F
Spiętrzenie wkładu od tarczy:rośnie liniowo z liczbą zderzeń pocisku
2424
Odjęcie zmierzonego wkładu od tarczy od rozkładu protonów netto
PbFpPbTOTFpPbPROJF dx
dN
dx
dN
dx
dN
,,
-0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0xF
0.1
1
dN
/dx
F
<>=2.5
<>=4.6
<>=1
ZZe wzrostem centralnoście wzrostem centralnościistotny wzrost przekazuistotny wzrost przekazuliczby barionowej w kierunku xliczby barionowej w kierunku xFF=0=0
Wynik niezależny od Wynik niezależny od modelumodelu (oparty tylko na (oparty tylko na zachowaniu zachowaniu liczby barionowej) liczby barionowej)
2525
Podsumowanie oddziaływań pPbPodsumowanie oddziaływań pPb
Centralność zderzenia on-line Centralność zderzenia on-line
Protony netto w funkcji liczby zderzeńProtony netto w funkcji liczby zderzeń• Pierwszy raz wyznaczona faktoryzacja tarczy Pierwszy raz wyznaczona faktoryzacja tarczy
i pocisku – pomiar z bezbarionowym i pocisku – pomiar z bezbarionowym pociskiempociskiem
• Spiętrzenie wkładu od pocisku liniowe z Spiętrzenie wkładu od pocisku liniowe z liczbą zderzeń liczbą zderzeń
• Wkład od pocisku – w porównaniu z pp Wkład od pocisku – w porównaniu z pp przesunięcie w stronę xprzesunięcie w stronę xFF=0 rosnące ze =0 rosnące ze wzrostem liczby zderzeń wzrostem liczby zderzeń
2626
PlanPlan
WstępWstęp
Zderzenia elementarneZderzenia elementarneOddziaływania pPb Oddziaływania pPb Oddziaływania PbPbOddziaływania PbPb
• Wyznaczenie centralnościWyznaczenie centralności• Pomiar produkcji protonów i antyprotonówPomiar produkcji protonów i antyprotonów• FaktoryzacjaFaktoryzacja• Zależność wkładu od pocisku od centralności Zależność wkładu od pocisku od centralności
PodsumowaniePodsumowanie
2727
Oddziaływania PbPb
b L
b
L
co llis ions
Before
A fter
mean
collisions
Centralność określona przez:Centralność określona przez:•n par uczestniczących nukleonówn par uczestniczących nukleonów zderzeń tychżezderzeń tychże
Wyznaczona z pomiaru liczby Wyznaczona z pomiaru liczby cząstek naładowanych i modelu:cząstek naładowanych i modelu:
0 200 400 600 800 1000 1200< nCH >
0
50
100
150
nP
0 200 400 600 800 1000 1200< nCH >
0
1
2
3
4
para ulega średniopara ulega średnio zderzeniomzderzeniom
nn par nukleon-nukleon par nukleon-nukleon uczestniczących w zderzeniuuczestniczących w zderzeniu
2828
Wyznaczenie gęstości protonów netto poprzez pomiar produkcji p ip dla różnych centralności
PROTONYFdx
dN
YANTYPROTONFdx
dN
-0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3xF
0.4
0.6
0.8
1
dN
/dx
F
<>=2.15
0 5 10 15
<>=2.65
<>=3.15
<>=4.25
-0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3xF
0
0.05
0.1
0.15
dN
/dx
F
<>=2.65
<>=4.25
<>=2.15
<>=3.15
2929
Czy można wydzielić wkłady pocisku i tarczy do rozkładów protonów netto w oddziaływaniach PbPb?
• można użyć symetrii PbPb do wyznaczenia wkładu od pocisku dla xF=0
• dla xF>0.2
• interpolacja między xF 0. i 0.2
Brak jądra bez barionów Brak jądra bez barionów
-0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5xF
0
0.2
0.4
0.6
dN
/dx
F
<>=2.15
<>=3.15
<>=2.65
<>=4.25
POCISKFTOTF dx
dN
dx
dN
Podobnie jak dla pPb przekaz Podobnie jak dla pPb przekaz liczby barionowej liczby barionowej rośnie w kierunku xrośnie w kierunku xFF=0 =0
Efekt mniejszy niż dla pPb przy Efekt mniejszy niż dla pPb przy zbliżonej liczbie zderzeńzbliżonej liczbie zderzeń
3030
Podsumowanie oddziaływań PbPbPodsumowanie oddziaływań PbPb Centralność zderzenia: Centralność zderzenia: n n par uczestników par uczestników zzderzderzających się średnio <ających się średnio <> razy> razy PomiarPomiar produkcji protonów i antyprotonów produkcji protonów i antyprotonów Wkład od pocisku wyznaczony dla xWkład od pocisku wyznaczony dla xFF=0 i =0 i
xxFF>0.2>0.2• Brak bezbarionowego pociskuBrak bezbarionowego pocisku• SymeSymettria i ograniczony przepływ między półkulamiria i ograniczony przepływ między półkulami
Ze wzrostem Ze wzrostem centralności silniejsze przesunięcie centralności silniejsze przesunięcie liczby barionowej w kierunku xliczby barionowej w kierunku xFF=0=0
• Dla tej samej liczby zderzeń efekt mniejszy niż dla Dla tej samej liczby zderzeń efekt mniejszy niż dla pPbpPb
3131
PlanPlan
WstępWstęp
Zderzenia elementarneZderzenia elementarneOddziaływania pPb Oddziaływania pPb Oddziaływania PbPbOddziaływania PbPbPodsumowanie – Podsumowanie –
czego możemy nauczyć się z danych?czego możemy nauczyć się z danych?• porównanie zderzeń pojedynczych i wielokrotnychporównanie zderzeń pojedynczych i wielokrotnych• rozpad kaskadowy rezonansów możliwym źródłem rozpad kaskadowy rezonansów możliwym źródłem
przekazu liczby barionowej przekazu liczby barionowej
3232
Porównanie zderzeń pojedynczych i wielokrotnychPorównanie zderzeń pojedynczych i wielokrotnych
• Dyfrakcja: Dyfrakcja: pp: 15% zderzeńpp: 15% zderzeńpA: prawd. pA: prawd. kolejnych kolejnych
zderzeń zderzeń dyfrakcyjnych: (0.15)dyfrakcyjnych: (0.15) 10 10-5-5
• 15% najbardziej centralnych15% najbardziej centralnychpp: 15% zderzeńpp: 15% zderzeńpA: prawd. choć jednego pA: prawd. choć jednego
centralnegocentralnego1-(0.85)1-(0.85) 0.56 0.56
=5
=5
pp – dane minimum-bias (nie ma selekcji pp – dane minimum-bias (nie ma selekcji centralności)centralności)
pA i AA: w porównaniu z proton-protonpA i AA: w porównaniu z proton-protonwzbogacone o centralne zderzenia hadronówwzbogacone o centralne zderzenia hadronów
3333
Porównanie zderzeń pojedynczych i wielokrotnychPorównanie zderzeń pojedynczych i wielokrotnychCzy jest związek między centralnością zderzenia pp Czy jest związek między centralnością zderzenia pp i i protonem wprotonem w stanie końcowym? stanie końcowym?
• Jak wyznaczyć centralnośćJak wyznaczyć centralność? ? LiLiczba pionówczba pionów
Przekaz lPrzekaz l. . bb. w pp, pA, AA . w pp, pA, AA zależy od centralności zależy od centralnościJaka jest przyczyna przekazu liczby barionowej?Jaka jest przyczyna przekazu liczby barionowej?
•Ze wzrostem Ze wzrostem centralności xcentralności xFF protonu maleje.protonu maleje.
•Protony w Protony w proton-proton po proton-proton po odjęciu piku odjęciu piku dyfrakcyjnegodyfrakcyjnego
3434
Kaskadowy rozpad rezonansów możliwym źródłem przekazu liczby barionowej
Wzbudzony układ hadronowy z liczbą barionowąWzbudzony układ hadronowy z liczbą barionową Rozpadający się na obiekty o zbliżonych masachRozpadający się na obiekty o zbliżonych masach:: Większa centralność: silniejszy przekaz l.b.Większa centralność: silniejszy przekaz l.b. Praca nad zbadaniem ilościowym w tokuPraca nad zbadaniem ilościowym w toku
RODZICAF
DZIECKAF xx
2
1
N*(1720) p(938)(770) 75% p(938)(140) 10%
M(>2GeV) pp (LEAR)