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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
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Relativistic Heavy Ion Collider
RHIC am Brookhaven National Laboratory,Long Island
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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
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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
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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%
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p+p-Kollision bei s = 200 GeV
PHENIX Event-Display von J. Mitchell, BNL
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Au+Au-Kollision bei sNN
= 200 GeV
PHENIX Event-Display von J. Mitchell, BNL
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“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
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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)
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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:
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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)
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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(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):
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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:
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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
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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
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Vergleich mit geladenen Hadronen
Unterdrückung bei geladenen Hadronen ähnlich wie bei 0
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(/0)measured
/ (/0)simulated
PHENIX preliminary PHENIX preliminary
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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
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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
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RAA
für periphere Kollisionen
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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