Neue Ergebnisse vom RHIC Henner Büsching Brookhaven National Laboratory DPG Frühjahrstagung,...

Neue Ergebnissevom RHIC

Henner BüschingBrookhaven National Laboratory

DPG Frühjahrstagung, München, 2006

RHIC @ BNL

New York City

Long Island

Relativistic Heavy Ion Collider

Brookhaven National Laboratory

Der RHIC • Umfang: 3.83 km• Zwei unabhängige

Ringe• Maximale Energie

(Nucleon-Schwerpunkts-System)

– AuAu: 200 GeV– p+p: 500 GeV

• Erste Kollisionen 2000• Run 6 läuft…jetzt

SchwerionenprogrammQuark-Gluon-Plasma

p+p(Gluon-Spin-Struktur

des Protons)

Der RHIC

Der RHIC

Der RHIC

nach RHIC Run 5 (2005) beendet

Der RHIC

bis RHIC Run 6 (2006)

Der RHIC

524

PHENIX

PHOBOS

BRAHMS

STAR

498

52

116

Der RHIC

PHENIX

PHOBOS

BRAHMS

STAR

Uni Muenster

Uni FrankfurtMPI Muenchen

498

52

116

524

Au+Au Luminosität

Höhere Luminosität=

Bessere Statistik=

Neue Ergebnisse

PHENIX:Seit Juni 2005

866 Neue “plots”

Kollisionen am RHIC

Phasendiagramm

Messung der transversalen Energie: Anfangs-Energie-Dichte deutlich über Schwelle

Übergang: T ~ 170 MeV

~ 1.0 GeV/fm3

Das (s)Quark-Gluon-Plasma ?

APS: The Top Physics Stories for 2005

Freies Gas von masselosen Quarks und Gluonen ?Nein - Stark gekoppelt

flüssiggasförmig

Literatur

Nuclear Physics A Volume 757, Issues 1-2

Hunting the Quark Gluon PlasmaAssessments by the experimental collaborations

Results from the first 3 years at RHICApril 18, 2005

RHIC “White Papers”

Was können wir lernen?

Kollektives Verhalten

Modifikationen der Teilchenproduktion

Winkel-Korrelationen / Jets

Produktion von J/

Thermische StrahlungT

p,v2

RAA

dNd

J/

?

Fülle von Ergebnissen

Persönliche Auswahl

RHIC Systeme

Au+Au

p+p

d+Au

Referenzmessung

Vergleich:Einfluss “kalter” Kernmaterie

Schwerionen-KollisionenErzeugung eines sQGP?Vergleichsmessung mit leichten Ionen

Cu+Cu

Die RHIC Datensätze

p+p d+Au Au+Au Cu+Cu

200 GeV

130 GeV

62.4 GeV

22.4 GeV

Referenz sQGP ? Vergleich

Run 1 - 3 Run 4 - 5 Run 6 (?)

?

Temperatur

Photonen bei kleinem pT

Decay photons

/ E Tethermal:

Phys. Rev. Lett. 94, 232301 (2005)

Können wir Photonen bei kleinem pT messen? Können wir thermische Strahlung messen?

PHENIX

nT

1

phard:

Jede Quelle reeller emitiert virtuelle mit sehr kleiner Masse

Compton

q

g q

e+

e-

.incl

direct

.incl

direct

**

Wir verwenden Leptonenpaare um

virtuelle zu messen

Hintergrund von Dalitz-Zerfällen

Eine neue Idee …

0

e+

e-

Das Spektrum

pQCD x TAB:L.E.Gordon and W. Vogelsang

Phys. Rev. D48, 3136 (1993)

Das Spektrum

thermal:D. d’Enterria, D. Perresounkonucl-th/0503054

2+1 hydroT0=590 MeV0=0.15 fm/c

pQCD x TAB:L.E.Gordon and W. Vogelsang

Phys. Rev. D48, 3136 (1993)

Das Spektrum

pQCD x TAB:L.E.Gordon and W. Vogelsang

Phys. Rev. D48, 3136 (1993)

thermal:D. d’Enterria, D. Perresounkonucl-th/0503054

2+1 hydroT0=590 MeV0=0.15 fm/c

Überprüfung in p+p und d+Au wichtig

Das Spektrum

Kollektives Verhalten

Der elliptische Fluss

φ) cos2v2cosφv2(1C 21dφdN

v2

Nicht-zentrale Kollisionen:Große Anisotropie

Gutes Mass für “Druck”

Hadronisierung

Man beobachtet starken kollektiven FlussAuch die schweren Teilchen zeigen starken FlussBei kleinem pT von Hydrodynamik Modellen beschrieben

Neue Run4 Daten

Hadronisierung

Man beobachtet Skalierungsverhalten mit der Anzahl der “constituent quark number”

Fluss auf Parton-Level?

solid: STARopen: PHENIX PRL91(03)

v2/n

pT/n

Der “Charm” Fluss

Charm-Teilchen zeigen Fluss

Schwächer als leichte Mesonen

Die Daten unterstützen Modelle

mit c-Quark Fluss

Greco,Ko,Rapp: PLB595(2004)202

“Non-photonic” e++e-

als Mass für Charm (B,D)

Die Materie ist so stark gekoppelt, dass sogar schwere Quarks “fließen”

Neue Run4 Daten

Die ideale Flüssigkeit

s

<< 1

Hydrodynamische Modelle,die Daten beschreiben können, nehmen Viskosität = 0 an

Maß für die Kopplungseigenschaft der Materie

Maß für mittlere freie Weglänge

Viskosität

s klein = starke Kopplung

Maß für Abstand zwischen TeilchenEntropiedichte

D. Teaney, Phys. Rev. C 68, 034913

Bereits kleines hat starken Einfluß auf v2

Korrelationen mit hohem pT

Der Test des Mediums

Manchmal wird in der Kollision ein Photon erzeugt….

Wir erwarten, dass es das “Plasma” ungehindert durchquert

Der Test des Mediums

Manchmal wird in der Kollision ein hochenergetisches Quark oder Gluon erzeugt….

Wenn das Plasma dicht genug ist, erwarten wir, dass das Quark oder Gluon verschluckt wird…

q,g

dN

Ntrig d1

Fluss

Fluss+Jet

Jet

Jets in Korrelationen

:Winkel zwischen

zwei Teilchen

CF = J() + (1+2v2tv2

a cos2)

Starke Verknüpfung zwischen zwei unterschiedlichen Themenfeldern: Fluss- und Jet-Analyse

Pedestal&flow subtracted

Jets in Korrelationen

”Same side” ”Away side”In

ten

sit

ät

Relativwinkel zum Trigger-Teilchen

In zentralen Au+Au Kollisionen ist der“away side” Jet unterdrückt

Abhängigkeit von Trigger-pT

Neue Run4 Daten

Geringes Trigger-pT :”away side” Jet unterdrücktHohes Trigger-pT: away side” nicht unterdrückt

Zentrale Kollisionen, Au+Au – 200 GeV

Abhängigkeit von Zentralität

Neue Run4 Daten

Man beobachtet doch Jets in zentralen Ereignissen ( bei hohem pT)

8 < pT(trig) < 15 GeV/c pT(assoc) > 6 GeV

Trigger

pT > 2.5 GeV

Partner

pT > 1.0 GeV

nucl-ex / 0507004

Trigger

Was passiert mit den Jets?

Energie wird nun bei kleinem pT gemessen

Wie antwortet das Medium?

PHENIX

Mach-Kegel / Schock-Welle?Jets bewegen sich schneller alsSchallgeschwindigkeit im MediumSchock-Welle mit: cos()=cs/c

Triggering jet

Weitere Mechanismen:

• Cherenkov Strahlung• Bending jet• Gluon radiation

Wie reagiert das Medium?hep-ph/0411315

nucl-th/0507063

nucl-th/0406018

PHENIX preliminary

Die Jet-Form und die Zentralität

PHENIX preliminary

Die Jet-Form und die Zentralität

D D

PHENIX preliminary

Die Jet-Form und die Zentralität

“Near side” : Aufweitung, “Away side”: Teilung

D D

Die Jet-Form und die Zentralität

“Near side” : Aufweitung, “Away side”: Teilung

PHENIX preliminary

Spektren bei hohem pT

Neue Run4 DatenCu+Cu 200 GeV

56 M min-bias Ereignisse1.9 M high-pT Ereignisse

2.2 B sampled

Au+Au 200 GeV Luminosität 241b-1

(sampled)1.5B Ereignisse

z.B. 0-Spektren

Neue Run5 Daten

Neue Run 5 Daten

z.B. Referenz p+p Spektren

p+p direct photon

Neue Run3 Daten

Nuklearer Modifikations-Faktor RAA

• Harte Stoßprozesse– Skalieren mit Ncoll

– denn: • Kleiner WQ• Überlagerung

• Nuklearer Modifikations-Factor RAA

evt 2AB AB T

AB 2AB pp T

1 N d N /dydpR

T d /dydp

2 ( ) ( )AB A BT d T T r r b r

( ) ( , )A AT b dz b z

Nuclear overlap function

Nuclear thickness function

aus Glauber Rechnungen

/coll NNN

Geometrischer Faktor aus Überlapp

Neue Run4 0 Daten

RAA in AuAu at 200 GeV

Photonen sind nicht unterdrückt

und sind auch bei hohem pT unterdrücktDie Unterdrückung ist flach bei hohem pT

Vitev nucl-th/0404052

RAA - Energieabhängigkeit

Wir können Einfluss der Schwerpunktsenergie auf Skalierungsverhalten studieren

62 GeV 22.4 GeV

RAA - Reaktionssysteme

Gleiche Unterdrückung bei gleichem NPart

Systematische Vergleiche möglich

Au+Au Cu+Cu

Au+Au 30-40 %, NPart = 114.2

Cu+Cu 0-10 %, NPart = 98.2

“Charm” RAA

Auch schwere Quarks (charm) sind unterdrückt

“Non-photonic” e++e-

als Maß für Charm

Starke Einschränkung der Energieverlust-Modelle

Erklärungen:Starke b-Quark

UnterdrückungHadronischer

Energieverlust

dNg/dy = 3500 nucl-th/0507019

N. Armesto, et al., PRD 71, 054027

(4) dNg / dy = 1000

fm/GeV4q̂ 2

fm/GeV14q̂ 2

fm/GeV0q̂ 2

Das J/

Color Screening ?

Color Screening

cc

“Color screening” im Quark Gluon Plasma

Können wir eine Unterdrückung gebundener Zustände beobachten?

Produktion des J/

J/

CuCu

200 GeV/c

AuAu

200 GeV/c

dAu

200 GeV/c

AuAuee

200 GeV/c

dAuee

200 GeV/c

CuCuee

200 GeV/c

J/ Muon arm1.2 < |y| < 2.2

J/ eeZentraler Arm-0.35 < y < 0.35

In zentralen Ereignissen:

Unterdrückung Faktor 3

|y|~1.7

|y|<0.35

+ private communications

d+Au Cu+Cu Au+Au

d+Au Cu+Cu Au+Au

Vergleich mit kalter Kernmaterie

Modell von Einfluss kalter Kernmaterie (beschreibt d+Au):Unterdrückung in zentralen Au+Au and Cu+Cu

leicht unterschätzt

Vergleich mit SPS (NA50)

Unterdrückung in zentralen Reaktionen wie am SPS Energie- und Gluondichte sollten bei RHIC 2-3x höher sein

NA50 expected 4.2mb

PHENIX expected

1mb

3mb

NA50-Daten als Funktion von Npart und normiert auf NA51

p+pSehen wir nur ’ and c Unterdrückung ? (Bei SPS und RHIC gleich)

J/ würde bei RHIC Temperaturen überleben

Modelle, die NA50 Daten beschreiben Extrapoliert auf √s = 200 GeV

“Comover” + Effekte kalter Kernmaterie + “shadowing” ( )

QGP Unterdrückung ( )

+ private communications

Au+Au y~1.7 |y|< 0.35

Vergleich mit Modellen I

Modelle, die SPS Daten beschreiben, überschätzen die Unterdrückung

QGP Unterdrückung+

Regenerierung

Probleme mit pT – und Rapiditäts- Abhängigkeit

Vergleich mit Modellen II

Modelle, die zusätzliche J/-Regenerierung verwenden, können die Daten beschreiben

Au+Au y~1.7 |y|< 0.35

Zusammenfassung T

p,v2

RAA

dNd

J/

Die Materie ist sehr heiss

Die Materie verändert Jets

Die Materie ist stark gekoppelt

Die Materie schmilzt J/ und erzeugt neue

Die Materie ist sehr dicht

Backup

Wir öffnen den Phasenraum...

Minv

pT

Analyse direkter Photonen

Neue Dileptonen-Analyse

Konventionelle Dilepton Analyse

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