Neue Ergebnisse vom PHENIX-Experiment zu p+p- und Au+Au-

Kollisionen am RHIC

DPG Frühjahrstagung 2003, Tübingen

Klaus ReygersUniversität Münster

für die PHENIX Kollaboration

Gefördert mit Mitteln des bmb+f

Relativistic Heavy Ion Collider

RHIC am Brookhaven National Laboratory,Long Island

RHIC: Relativistic Heavy Ion Collider

Umfang: 3,83 km

2 unabhängige Ringe

6 Kreuzungspunkte, 4 Experimente:

Maximale Energie im Nukleon-Nukleon Schwerpunktsystem

200 GeV für Gold-Gold

500 GeV für p+p

Strahlzeiten:Run 1 (2000): Au+Au, s

NN=130 GeV

Run 2 (2001-2002): Au+Au, p+p, s

NN= 200 GeV

Run 3 (2003): d+Au, p+p, sNN

= 200 GeV

Aufbau des PHENIX-Experiments

South Blick von der Seite North

BB

MuTr

MuID MuID

ZDC NorthZDC South

MVD

Central Magnet

North M

uon Magnet

South Muon Magnet

2 zentrale Spektrometerarme (Rapiditätsbereich || < 0.35)

Spurerkennung:

● Drift-Kammern (DC)

● Pad-Kammern (PC)

Identifizierung geladener Hadronen:

● Flugzeit-Detektoren (TOF) mit Startsignal

von den Beam-Beam-Zählern (BBC)

Photonen und 0 (0 ):

● Bleiszintillator Kalorimeter (PbSc)

● Bleiglas Kalorimeter (PbGl)

Identifizierung von Elektronen:

● Ring Imaging Cherenkov Detektor (RICH)

2 Myon-Spektrometer (Rapiditätsbereich 1.2 < || < 2.2)

Zentralitätsauswahl: BBC + ZDC

p

Zentralitätsauswahl in Au+Au

Zentralität charakterisiert durchNpart: Anzahl der Nukleonen mit mindestens

einer inelastischen Nukleon-Nukleon-Kollision

Ncoll: Anzahl der inelastischen Nukleon-Nukleon-Kollisionen

Npart und Ncoll aus Glauber-Rechnungen

Spectator-Nukleonen

Participants

Messung der freien

Spectator-Neutronen

mit dem ZDC

Messung der produzierten

geladenen Teilchen

mit dem BBC (3.0 < | < 3.9)

0-5%5-10%

10-15%

p+p-Kollision bei s = 200 GeV

PHENIX Event-Display von J. Mitchell, BNL

Au+Au-Kollision bei sNN

= 200 GeV

PHENIX Event-Display von J. Mitchell, BNL

“QGP-Sonden” aus frühen Parton-Parton-Kollisionen

Kern A

z

Zeit

Quark-Gluon-Plasma

Hadronen-Gas

Vorgleichgewichtsphase

Ausfrieren

Kern B

Partonen aus frühen Prozessen mit hohem Impulsübertrag können als Sonden für mögliches QGP dienen:

Jets

"normale" Kernmaterie

Jets

QGP

Energiedichte im Anfangszustand

Au+Au, sNN

=200 GeV, zentral (0-5%)

transversale Energie:

Energiedichte:

Phasenübergang nach Gitter-QCD:

Tc 0.175 GeV

c 0.7 GeV/fm3 (50% syst. Fehler)

Harte und weiche Prozesse

Harte Prozesse

Parton-Parton-Stöße mit hohem Impulsübertrag Q2

WQ klein gegenüber inelastischem Nukleon-Nukleon-WQ

Dominant bei hohen pT

Beschreibbar durch QCD-Störungstheorie (pQCD)

Weiche Prozesse

Kleiner Impulsübertrag

Dominant bei kleinen pT

Faktorisierungstheorem:

0-Produktion in p+p bei s = 200 GeV

PHENIX

preliminary

NLO QCD-Rechnungen

von W. Vogelsang

Vergleich mit NLO pQCD

gute Übereinstimmung

Transversalimpulskomponenten der Partonen im Proton (intrinsisches k

T)

zur Beschreibung nicht notwendig (anders als bei kleinen s)

Einschränkung für Fragmentationsfunktion D(Gluon)(aus ee gibt es hierzu kaum Informationen)

Skalierung der Teilchenproduktion beim Übergang von p+p nach Au+Au

harte Prozesse: Skalierung mit Ncoll

(Grund: kleine Wirkungsquerschnitte, inkohärente Überlagerung)In Abwesentheit nuklearer Effekte: R

AA = 1 bei hohen p

T

Nuklearer Modifikationsfaktor:

Mittlere Anzahl der inelastischenNukleon-Nukleon-Stöße in A+A

Cronin-Effekt in p+A

Cronin-Effekt:R

pA > 1 bei hohen p

T

(naive) Erklärung:Mehrfache weiche Streuung vor hartem Streuprozeß

Ähnliche Beobachtung in Pb+Pb bei s

NN = 17.3 GeV

RAA

ebenfalls > 1

Interpretation jedoch schwieriger als in p+A

0-Produktion in Au+Au bei sNN

= 200 GeV

peripher: Ncoll

= 12.4 4.2 zentral: Ncoll

= 955.4 94

Vortrag von

Christian Klein-Bösing,

heute, 17:45, HK 20.7

RAA

für neutrale Pionen in zentralen Kollisionen

Erwartung aus Cronin-Effekt: R

AA > 1

Beobachtet: Faktor 4-5 Unterdrückung in zentralen Au+Au-Kollisionen bei s

NN = 130 und 200 GeV

Jet-Quenching?

Pion-Unterdrückung reproduzierbar durch Parton-Energieverlustp

T-Abhängigkeit der

Unterdrückung nicht gut beschrieben

andere Erklärungen denkbar

Ohne Parton-Energieverlust

Mit Parton-Energieverlust

Vergleich mit Modellrechnungen mit und ohne Energieverlust der Partonen:

q

q

q

q

Jet-ähnliche Winkelkorrelationen in p+p und Au+Au ?

Winkelverteilung geladener Hadronen mit 2 GeV < p

T < 4 GeV

relativ zu Triggerphoton mit p

T > 2.5 GeV

pT > 2.5 GeVp+p,

s=200 GeV

Au+Au,

sNN

=200 GeV,

Zentralität:

20%-40%

Winkelverteilung um bleibt in Au+Au erhalten

Keine Zentralitäts-abhängigkeit der Winkel-verteilung um erkennbar

Winkelverteilung in p+p konsistent mit Teilchen-produktion durch Jets

Spektren identifizierter geladener Teilchen

Au+Au, peripher:

Produktion von Pionen dominiert

Au+Au, zentral:

Vergleichbare Produktion von Pionen und Protonen bei p

T = 1.5 – 2 GeV

p/ – Verhältnis

Erwartung bei Teilchen-produktion durch Jet-Fragmentation: p/ kleiner als 0.25 bei hohen p

T

Beobachtung:

deutliche Zentralitätsabhängigkeit

Au+Au, zentral:p/ 1

Delphi, e+e-, Gluon-Jet-FragmentationEur. Phys. J. C 17, 2000

Zentral/Peripher für Protonen

Proton-Anti-Proton-Multiplizität zwischen 2 GeV < p

T < 3 GeV skaliert

mit Ncoll

mögliche Erklärungen

kollektive Expansion (hydrodynamischer Fluss)

Teilchenproduktion nicht durch Jet-Fragmentation, sondern durch Rekombination von Partonen aus dem QGP

Charm-Produktion

Charm-Produktion sensitiv auf anfängliche Gluondichte(Gluon+Gluon c+c)

Messung über DK Kanal nicht möglich (da Vertex-Position nicht genau genug bekannt ist)

Nachweis von Charm über e+und e- Produktion:D-Zerfälle dominieren (e++e-)/2 – Spektrum im Bereich p

T = 1 – 3 GeV

Messung über e+und e-: Untergrund (-Konversion, Dalitz-Zerfälle e+e-, ...) wird vom inklusiven e++e-Spektrum subtrahiert

(e++e-)/2 – Spektrum

e++e--Spektrum in Au+Au konsistent mit p+p-Modellrechnung N

coll

Kein Hinweis auf Unterdrückung oder Energieverlust

(e++e-)/2 – Spektrum (Au+Au, gesamter Zentralitätsbereich):

J/-Messung

Unterdrückung des J/-Signals in Pb+Pb bei s

NN=17.3 GeV Hinweis auf

QGP

Verschiedene Vorhersagen für RHIC-Energie:

Unterdrückung wie am CERN SPS (s

NN=17.3 GeV)

Verstärkte J/-Produktion durch statistische cc-Rekombination beim Ausfrieren

J/-Signal:

Zentralitätsabhängigkeit der J/-Produktion

Skalierung mit Ncoll

nicht ausgeschlossen, Unterdrückung jedoch wahrscheinlicher

Konsistent mit J/-Unterdrückung wie in Pb+Pb bei s

NN=17.3 GeV

Bessere Statistik in kommenden Strahlzeiten mit höherer Luminosität

Zusammenfassung

0-Produktion

Gemessen in p+p und Au+Au

Faktor 4-5 Unterdrückung in zentralen Au+Au-Kollisionen bei hohen p

T relativ zum N

coll-skalierten p+p Spektrum

Mögliche Erklärung:Jet-Quenching

Vergleich mit geladenen Hadronen

Unterdrückung bei geladenen Hadronen ähnlich wie bei 0

(/0)measured

/ (/0)simulated

PHENIX preliminary PHENIX preliminary

0 / (h+h)/2 bei hohen pT

Falls h+h + wäre das Verhältnis 1

Folgerung:Protonen und/oder Kaonen stellen die Hälfte der produzierten geladenen Teilchen bei hohen p

T dar

Au+Au, sNN

= 200 GeV

Zentralitätsabhängigkeit der Unterdrückung für 0

Au+Au-Kollisionen bis N

part = 50 mit N

coll-

Skalierung verträglich

kontinuierlicher Abfall,kein Schwellenverhalten erkennbar

Skalierung mit Ncoll

RAA

für periphere Kollisionen

Shadowing

EKS98 PDF:

Rgluon

~ 1.0 @ RHIC

RAA

vs pT due to shadowing: ~ 1

“Shadowing is a small effect at mid-rapidity”

EKS hep-ph/0201256

Klein, Vogthep-ph/0211066