Budapest CMS 20/4/09J. Sziklai A QGP Folyadéktermészete Sziklai János A PHENIX kollaboráció tagja MTA KFKI RMKI W. A Zajc (Columbia / korábbi PHENIX spokesman)

Az előadások a következő témára: "Budapest CMS 20/4/09J. Sziklai A QGP Folyadéktermészete Sziklai János A PHENIX kollaboráció tagja MTA KFKI RMKI W. A Zajc (Columbia / korábbi PHENIX spokesman)"— Előadás másolata:

1 Budapest CMS 20/4/09J. Sziklai A QGP Folyadéktermészete Sziklai János A PHENIX kollaboráció tagja MTA KFKI RMKI W. A Zajc (Columbia / korábbi PHENIX spokesman) az INCP 2007 Tokyo Konferencián és Csörg ő Tamásnak a Zimányi 2007/2008 Winter Schools on RHIC, Budapesti workshopon tartott el ő adások alapján A PHENIX kísérlet a RHIC-nél

2 Budapest CMS 20/4/09J. Sziklai A folyadék definíciója Oxford English Dictionary szerint: 1) Primary definition: (adj.) fluid : "Having the property of flowing; consisting of particles that move freely among themselves, so as to give way before the slightest pressure. (A general term including both gaseous and liquid substances.)” 2) Secondary definition: (adj.) "Flowing or moving readily; not solid or rigid; not fixed, firm, or stable.” RHIC kutatások: a) Felfedezési időszak, amely során világossá vált, hogy a „Kvark-Gluon Plazma” valójában folyadék, ezt követően b) Paradigma váltás, amely során a RHIC-nél előállított rendkívüli folyadék tulajdonságainak szilárd megértésére törekszünk A QGP Folyadéktermészete

3 Budapest CMS 20/4/09J. Sziklai Kihasználni a RHIC példátlan képességeit Nagy √s Megbízható pQCD szondák rendelkezésre állása A ütközési barionok tiszta szétválaszása a „glue”-tól Dönt ő kísérleti evidencia találása a QGP létezése mellett/ellen Polarizált p+p ütközések Két kisebb és két nagyméret ű detektor Ezek egymást kiegészít ő, de átfedésekkel is rendelkez ő képességek Kis detektorok 3-5 év élettartammal Nagy detektorok ~ Nagyberendezések (facilities) Komoly összeg ű beruházásokkal Hosszú élettertamok Lehet ő ség az elért felfedezések alapján kezdeményezett továbbfejlesztésekre (Luminozitásnövelés alacsony energián, Ritka próbák, lepton párok, direkt fotonok, elektron-ion collider...) Tervek 2000 környékén

4 Budapest CMS 20/4/09J. Sziklai RHIC és a Kísérletek STAR

5 Budapest CMS 20/4/09J. Sziklai A RHIC gyorsító komplexum Rutinszer ű m ű ködés a tervezett luminozitás 2-4-szeresével (Au+Au) ‏ A m ű ködési módok rendkívüli változatosságával Ütközési nyalábkombinációk: Au+Au, d+Au, Cu+Cu, p  +p  Energiák: 22 GeV (Au+Au, Cu+Cu, p  ), 56 GeV (Au+Au), 62 GeV (Au+Au,Cu+Cu, p  +p  ), 130 GeV (Au+Au), 200 GeV (Au+Au, Cu+Cu, d+Au, p  +p  ), 410 GeV (p  ), 500 GeV (p  ) ‏ Kísérletek: Sikeresek ! Tudományos eredmények: >160 referált közlemény, ebb ő l > 90 PRL Jelent ő s felfedezések A jöv ő alapjai: Bizonyított képesség a detektorok továbbfejlesztésére Kulcsfontosságú tudományos kérdések felismerése/meghatározása A gyorsítókomplexum és a kísérletek detektorrendszereinek b ő vítése folyamatban van az újabb tudományos célok elérésére Azóta…

6 Budapest CMS 20/4/09J. Sziklai A közösen használt alapvet ő nukleáris tulajdonságok A, Z … A nehézionfizika specifikus mennyiségei v 2 R AA T  B η s Nyelvezet Értéke 1, ha a hozam azonos a kezdeti parton-parton fluxussal Azimutális anizotrópia másodrendű Fourier együtthatója “elliptic flow” Hőmérséklet (MeV)‏ Barion kémiai potenciál (MeV) ~ nettó barion sűrűség Viszkozitás ( MeV 3 ) Entrópiasűrűség ( MeV 3 ) ~ “részecske” sűrűség

7 Budapest CMS 20/4/09J. Sziklai A bonyolult eseményekben, rendelkezünk az eseménygeometria feletti (a posteriori ) kontrollal: Az átfedés mértéke Az átfedéssel kapcsolatos orientáció Állítás Reakció sík “Centrális” “Periférikus”

8 Budapest CMS 20/4/09J. Sziklai Els ő mérföldk ő : új jelenség A RHIC-nél a nagy transzverzális momentumú részecskekeltés jelent ő s elnyomása az Au+Au ütközésben

9 Budapest CMS 20/4/09J. Sziklai Második mérföldk ő : az anyag új formája d+Au: nincs elnyomás Nem nukleáris effektus Au+Au: Az anyag új formája!

10 Budapest CMS 20/4/09J. Sziklai Az ütközési folyamat különböz ő fázisai: Közelítés 1.Végállapot A keletkezett részecskék hozamai Termalizáció, Hadronkémia 2. Kezdeti állapot A kezdeti térbeli aszimmetriákból származó Hidrodinamikai folyás 3. A s ű r ű anyag szondái

11 Budapest CMS 20/4/09J. Sziklai Tükröz-e termikus eloszlást a végállapoti részecskék hatalmas b ő sége?: Final State 1.Végállapot A keletkezett részecskék hozamai Termalizáció, Hadronkémia konzisztens termikus keltéssel T ~ 170 MeV,  B ~ 30 MeV

12 Budapest CMS 20/4/09J. Sziklai

13 Budapest CMS 20/4/09J. Sziklai Cu+Cu Preliminary 3-6%, N part = 100 Au+Au 35-40%, N part = 99 dN/d  nagyon hasonló az Au+Au és Cu+Cu esetén, ha azonos N part A multiplicitás eloszlása a függetlenség hipotézisét követi ! Au+Au 35-40%,N part = 98 Cu+Cu Preliminary 3-6%, N part = 96 PHOBOS: Termikus állapot nem emlékszik

14 Budapest CMS 20/4/09J. Sziklai (Hanbury-Brown-Twiss) HBT sugarak Szimmetrikus függése N part –tól Tartalmaz egy 3D szférikus Hubble folyást Sűrűségbeli Aszimmetria lehetséges PHENIX HBT: termikus, nincs emlékezés

15 Budapest CMS 20/4/09J. Sziklai K. Milyen s ű r ű az anyag? V. Végezzünk pQCD Rutherford szórás számításokat „auto-generált” szondákkal a legbels ő bb tartományon: A s ű r ű anyag szondái 2. A s ű r ű anyag szondái

16 Budapest CMS 20/4/09J. Sziklai Alap: p+p Mérések és pQCD Inkluzív  0 keltés p+p reakció vizsgálat a RHIC-nél, invariáns differenciális hatáskeresztmetszet meghatározása. Összehasonlítás pQCD számításokkal Phys. Rev. Lett. 91, 241803 (2003) ‏ NLO pQCD számításokhoz a hatáskeresztmetszet faktorizálása: proton PDF-ekre, parton-to-pion ‏ fragmentációs függvényekre és rövid hatótávú partonic hard-scattering hatáskeresztmetsze-tekre. Kétféle fragmentációs függvénnyel illesztve, Kniehl- Kramer-Pötter(KKP) és Kretzer, jó leírás! Egyetemes PDF (parton distribution functions) használata

17 Budapest CMS 20/4/09J. Sziklai ~Invariáns érték a p T > 4 GeV/c esetben valamennyi centralitásra? GLV elméleti jóslat (Gyulassi-Lévai-Vitev) pQCD Jet Quenching Au+Au: Szisztematikus Elnyomás MintaElnyomás Feler ő sít

18 Budapest CMS 20/4/09J. Sziklai Az új anyag nem átlátszó STAR azimutális korrelációs függvénye ~ az “away-side” jet teljes hiányát mutatja  A jet partner a kemény szórás folyamán teljesen elnyel ő dik a s ű r ű médiumban GONE  =0    =   = 

19 Budapest CMS 20/4/09J. Sziklai A szóródott partonok a “near side”-on energiát vesztenek, de kijutnak; a “far side” felé haladók teljesen elnyel ő dnek Sematikusan (Partonok) ‏

20 Budapest CMS 20/4/09J. Sziklai Direkt fotonokra nem hat tiltóan a forró/s ű r ű médium inkább: átragyognak a pQCD jóslatnak megfelel ő en Ellen ő rzés: Fotonok ragyognak, Pionok nem

21 Budapest CMS 20/4/09J. Sziklai A szóródott partonok a “near side”-on energiát vesztenek, de kijutnak; a direkt foton mindíg kijut Sematikuan (Fotonok) ‏

22 Budapest CMS 20/4/09J. Sziklai Egyetlen ábra a szisztematika szigorú kontrollját tartalmazza kódolva Négy különböz ő mérésben több nagyságrendet átfogva Precíziós Szondák central N coll = 975  94 = =

23 Budapest CMS 20/4/09J. Sziklai Hogyan vés ő dnek be a kezdeti állapoti s ű r ű ségek és aszimmetriák a detektált eloszlásokba? Kezdeti Állapot 2. Kezdeti Állapot A kezdeti térbeli aszimmetriákból származó Hidrodinamikai folyás

24 Budapest CMS 20/4/09J. Sziklai Mikor történik a termalizáció? Er ő s evidencia arra, hogy a végállapot tömeges viselkedése tükrözi a kezdeti állapot geometriáját Mivel a kezdeti azimutális aszimmetria megjelenik a végállapotban dn/d  ~ 1 + 2 v 2 (p T ) cos (2  ) +... A Mozgás Hidrodinamikai x y z 2v 2

25 Budapest CMS 20/4/09J. Sziklai A v 2 (p T ) “finomszerkezete” a különböz ő tömeg ű részecskékre jó egyezést mutat a tökéletes folyadék hidrodinamikájával Közelítés: ∂  T  =0  Munka-Energia Teoréma    P d(vol) =  E K  m T – m 0   KE T Megjegyzés: Roy Lacey + Buda-Lund Hidro modell jóslás! A “Folyás” Tökéletes~

26 Budapest CMS 20/4/09J. Sziklai Harmadik mérföldk ő : Top Physics Story 2005 http://arxiv.org/abs/nucl-ex/0410003 PHENIX White Paper: second most cited in nucl-ex during 2006

27 Budapest CMS 20/4/09J. Sziklai A v 2 (p T ) “finomszerkezete” a különböz ő tömeg ű részecskékre jó egyezést mutat a tökéletes folyadék hidrodinamikájával A folyási paramétereknek az n q vegyértékkvark-tartalommal való skálázása feloldja a végállapoti hadronok mezon-barion szétválását A Kvarkfolyadékbaryons mesons

28 Budapest CMS 20/4/09J. Sziklai A Strange és Charm kvarkok is résztvesznek a folyásban A φ mezon v 2 értéke követi a többi mezonét A D mezon v 2 értéke követi a többi mezonét Negyedik Mérföldk ő : A kvarkfolyadék

29 Budapest CMS 20/4/09J. Sziklai A szóródott partonok a “near side”-on energiát vesztenek, de kijutnak; a “far side” felé teljesen elnyel ő dnek A Soft és Hard rendszerek közötti kapcsolat  Valóban?

30 Budapest CMS 20/4/09J. Sziklai Prandtl-Glauert szingularitás kondenzációs kúpja? Mach kúp? A Jet-ek ha a médiumbeli hangsebesség környékén, vagy annál gyorsabban haladnak, ezalatt energiát adnak le gluonsugárzással. Pl. QCD “hangrobbanás” (?) Ilyen folyamatok megjelenése várható egy er ő sen-csatolt s ű r ű folyadékban. Jet-ek kölcsönhatása s ű r ű médiummal ?

31 Budapest CMS 20/4/09J. Sziklai Nagy p T Parton  Kis p T “Mach Kúp”? A nagy p T –j ű partner “elt ű nik” De alacsony p T, -n újra felt ű nik és “Side-lobes” oldalfülek (Mach kúpok?) ‏ képében.

32 Budapest CMS 20/4/09J. Sziklai Csillapítás (folyás, fluktuációk, nehéz kvark mozgás) ~ Nyírási-viszkozitás és entrópia arány: η /s FLOW: Has the QCD Critical Point Been Signaled by Observations at RHIC?, R. Lacey et al., Phys.Rev.Lett.98:092301,2007 (nucl-ex/0609025) ‏ The Centrality dependence of Elliptic flow, the Hydrodynamic Limit, and the Viscosity of Hot QCD, H.-J. Drescher et al., (arXiv:0704.3553) ‏ FLUCTUATIONS: Measuring Shear Viscosity Using Transverse Momentum Correlations in Relativistic Nuclear Collisions, S. Gavin and M. Abdel-Aziz, Phys.Rev.Lett.97:162302,2006 (nucl-th/0606061) ‏ DRAG, FLOW: Energy Loss and Flow of Heavy Quarks in Au+Au Collisions at √s NN = 200 GeV (PHENIX Collaboration), A. Adare et al., Phys.Rev.Lett.98:172301,2007 (nucl-ex/0611018) ‏ Tökéletes a “Tökéletes” ? Mérjük η /s értékét ! CHARM!CHARM!

33 Budapest CMS 20/4/09J. Sziklai Minden eddigi “realisztikus” hidrodinamikai számítás a RHIC folyadékra 0 viszkozitást tételezett fel  = 0 →  “tökéletes folyadék” Azonban létezik egy (feltételezett) quantum limit: “A Viscosity Bound Conjecture”, P. Kovtun, D.T. Son, A.O. Starinets, hep-th/0405231 Hogy viszonyulnak a “rendes” folyadékok ehhez a limithez? (4  ) η /s > 10 ! RHIC tökéletes folyadék (4  ) η /s ~1 Ezen a skálán : A legforróbb ( T > 2 Terakelvin) ‏ legtökéletesebb valaha el ő állított folyadék … Ötödik Mérföldk ő : A tökéletesség limitált! (4 

34 Budapest CMS 20/4/09J. Sziklai Összegzés: PHENIX Collaboration, 2009 Magyarországról: Debrecen Egyetem, Kisérleti Fizikai Tanszék ELTE, Atomfizikai Tanszék, Budapest, MTA KFKI RMKI, Budapest Egyike a legjelent ő sebb gyorsítóra alapozott hep-ex és nucl-ex projekteknek, Köszönhet ő en 14 ország 68 intézményének ~550 kutatójának

35 Budapest CMS 20/4/09J. Sziklai !!PQM:Direkt fotonok: a tökéletesség hírviv ő i!! PHENIX direct photons + 5 hydro model fits A kis tömeg ű e + e - spektrumból, az m ~ 0 határesetre extrapolálva Nagy növekmény kis p t -n, 3 GeV alatt az extrapolált p+p spektrumokhoz képest exponenciális alak, fitt: C exp(-p t /T avg ) ‏ Eredmény: T avg = 221 ±23 ±18 MeV Hidro modellezés  T init > 300 MeV Észrevétel: T init  init = 89 - 150 MeV fm/c Viszkózus korrekció a hidrodinamikában: d  /d  = -(  +p)/  + (4/3)  /  2  (3/4) (  +p)  Termodinamika és    0:  +p = Ts  s << (3/4) T   s <<  ħ a kvarkfolyadék sokkal tökéletesebb, mint a szuperfolyékony 4 He, ahol  s ≥ 8  ħ

36 Budapest CMS 20/4/09J. Sziklai !!PQM:Direkt fotonok: a folyadék er ő sen csatolt!! Észrevétel: T init  init = 89 - 150 MeV fm/c A csatolási állandó hidrodinamikából: szabad úthossz  << méret ~  a hidrodinamika feltétele, hogy a hidrodinamika feltétele, hogy tehát  s 2 >> ħ / T  = 2.2 - 1.3 (!!) - a perturbatív QCD számolások az er ő s csatolási állandó miatt nem igen használhatóak - új módszerek kellenek, pl. AdS/CFT, húrelméleti becslések a transzport együtthatókra (AdS/CFT* téma lesz az ELFT részecskefizikai nyári iskolán 2009 szeptemberében) (AdS/CFT* téma lesz az ELFT részecskefizikai nyári iskolán 2009 szeptemberében) - Húrelméleti kutatók, és alacsony h ő mérséklet ű Fermi gázok kutatói gyülekeznek a nehéziongyorsító környékén. Ki gondolta volna ezt 2000-ben? a nehéziongyorsító környékén. Ki gondolta volna ezt 2000-ben? * * AdS/CFT = Anti-de-Sitter space/Conformal Field Theory correspondence PHENIX direct photons + 5 hydro model fits

37 Budapest CMS 20/4/09J. Sziklai 37 BRIEF PHENIX STATUS & FUTURE Recent detector improvements: large, more accurate reaction plane detector higher-p T PID (TOF-West) forward (MPC) calorimeters Hadron blind detector (HBD) Operations improvements: integrated luminosity: Au+Au (x3); d+Au (x30) data taking efficiency: 52% (2007) -> 68% (2008) Future: HBD for clean low-mass dielectron measurements (next AuAu run) muon Trigger system for high-p T muon triggering (W’s) silicon detectors for new level of robustness in heavy-quark measurements continuing DAQ upgrades to maintain high speed and efficiency MPC VTX/FVTX HBD

38 Budapest CMS 20/4/09J. Sziklai BNL & Google Maps