alice teste la qcd
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ALICE teste la QCD. Physique des ions lourds au LHC. Les ions lourds au LHC. Le plus important saut en énergie dans l’histoire de la physique des ions lourds…. …pour étudier en détail la phase partonique (QCD) de la matière à l’aide de sondes dures (pQCD) abondamment produites. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
6-7 juin 2005 YS@GDR-LQCD 1
ALICE teste la QCD
Physique des ions lourds au LHC
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Les ions lourds au LHC
SPS RHIC LHC
√sNN (GeV) 17 200
0QGP (fm/c) 1 0.2
T/Tc 1.1 1.9
(GeV/fm3) 3 5
QGP (fm/c) ≤2 2-4
5500 X 28
0.1 plus tôt
3.0-4.2 plus chaud
15-60 plus dense
>10 plus long
Le plus important saut en énergie dans l’histoire de la physique des ions lourds…
…pour étudier en détail la phase partonique (QCD) de la matière à l’aide de sondes dures (pQCD) abondamment
produites
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Formation du vrai vide de QCD
Un gaz de gluons et de quarks (3 saveurs) interagissant faiblement où la symétrie Chirale est restaurée
mu= md = ms
mu = md
mu = md ; ms mu,d
QL atténués exp(-mc,b,t/T)
s(T)=4/(18log(5T/Tc))
RHIC
SPS
LHC
Pas encore un gaz parfait
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Quel état de la matière et quelles observables QGP, sQGP, wQGP, bsQGP, CGC,… ? Les signatures de la transition de phase ?
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De la théorie à l’expérience
MFFDiL a
aˆ~
4
1
dddd
p4
,,,,,6 0 bcsduhhN
Modèle(s)
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De la théorie à l’expérience
MFFDiL a
aˆ~
4
1
dddd
p4
,,,,,6 0 bcsduhhN
Modèle(s)
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SPS: ”Un nouvel état de la matière créé au CERN” (10 Feb. 2000)
7 expériences spécialisées (NAxx, WAyy)
Des faits en faveur de l’existence d’un nouvel état de la matière (3.2
GeV/fm3]>c, augmentation de S, suppression de J/ψ, rayonnement thermique photon, masse du ,…)
Signes précurseurs mais formation du QGP ambiguë
Pb+Pb √sNN = 17.3 GeV NA 49
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RHIC: “The discovery of the QGP at RHIC” (M. Gyulassy QM 2004)
4 expériences généralistes (BRAHMS, PHENIX, PHOBOS, STAR)
Preuves empiriques: Densité d’énergie (5 GeV/fm3) bien
au-delà de la densité critique Ecoulement elliptique:
comportement collectif des partons Suppression de jets: absorption des
partons dans un milieu coloré opaque
Confirmé par l’absence de signatures dans dA
Interprétation en termes de sQGP et CGC
Au+Au √sNN = 200 GeVSTAR
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LHC: la plus proche approximation du Big Bang
ALICE: une seule expérience ions lourds généralistes
En 04/2007, premières collisions pp à 14 TeV,
… et peu après les premières collisions PbPb à √sNN= 5.5 TeV.
“Il est dangereux de faire des prédictions, surtout si elles concernent le futur"
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QCD dans un nouveau régime cinématique
x<<1 Détermine les propriétés du
milieu (QS=0.2A1/6√s= 2.7 GeV)
Le QGP au LHC est formé à partir d’un “Color Glass Condensate” (champ fort, couplage faible: dynamique classique)
J/ψ
ALICE PPR CERN/LHCC 2003-049²
10-6 10-4 10-2 100
x
108
106
104
102
100
Q2 (
GeV
2)
100 GeV
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pQCD en action: un nouveau régime cinématique
Q >> 1 Détermine la sonde du milieu Q >> QCD, T (, r ~1/Q)
J/ψ
ALICE PPR CERN/LHCC 2003-049²
10-6 10-4 10-2 100
x
108
106
104
102
100
Q2 (
GeV
2)
100 GeV
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Collision crée matière et sondes
Production de particules dominée par processus durs
Quarks lourds et sondes pénétrantes deviennent accessibles
Produits à t=0 → phase intiale de la collision (QGP)
Virualité importante → temps de formation court
Sonde et matière sondée découplée
pQCD applicable→ prédictions
LHC
RHICSPS
(h++h-)/2
0
17 GeV
200 GeV
5500 GeV=√s
LO p+p y=0
LHC:hard/total = 98% (50% à RHIC)
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Dynamique du processus de hadronisation : dans le vide
Le milieu modifie la dynamique observée dans le vide
Les modifications sont transmises dans l’état final
ET
état hadronique final
Lhadr ~ ET/Q2hadr
222 ,ˆ
ˆ,, Qx
tQxQxxx c
cdabbab
abcda
h
ch
Bb
Aa
1
0
1
0t
Dd
dffdd
dddEd
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Dynamique des partons dans le milieu
Lhadr ~ ET/Q2hadr
Ltherm ~ √(ET/q )^
c
2c
cdab2b
2ab
abcda
h
x
Q,1x
1
1
t̂
ˆQ,xQ,xxx
εD
εεP dε
dd
ffdddddE
d
ch
Bb
Aa
1
0
1
0t
état hadronique final
ET
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Dynamique des partons dans le milieu
La quantité d’énergie rayonnée () dépend des propriétés (densité de couleurs) du milieu (coefficient de transport q)
La compétition entre thermalisation (=E) et hadronisation dépend de l’énergie du parton.
Lhadr ~ ET/Q2hadr
Ltherm ~ √(ET/q )^
^
état hadronique final
ET
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Thermalisation dans le milieu
Ltherm< Lhadr < Lmedium
Le parton est thermalisé dans le bain thermique Les propriétés globales du milieu sont déduites à partir des
hadrons de bas pht ( ≤ 2 GeV/c) hadrons, leptons, photons
~ ET
Conditions expérimentales: seuil à bas pt
ET
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Propriétés (thermo)dynamiques du milieu Extrapolation monotone à partir des résultats de RHIC mais
différences dans: Dynamique d’expansion (écoulement elliptique, volume
transverse, fluctuations evt par evt, …) La phase de gel (température, charme, …) Photons thermiques
150
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Modification du processus de hadronisation
Ltherm~ Lhadr ~ Lmedium
Le milieu, paramètre de contrôle pour modifier le processus d’hadronisation
pht ~2-7 GeV/c
Lhadr ~ ET/Q2hadr
ET
état hadronique final
E Ltherm ~ √(ET/q )^
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Dynamique du processus de hadronisation
hadronsblanchis
partoncoloré
Quark habilléou
Corde de couleurou
diquarkou...
Recombinaison
Fragmentation
Habillage du Diquark
pQCD:
Da h (z,Q2)
Quark habilléou
Corde de couleurou
diquarkou...
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RHIC: fragmentation modifiée
Condition expérimentale: PID jusqu’à ~ 10 GeV/c
p/
Pt[GeV/c]
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Effets de milieu dans l’état final
Ltherm> Lhadr > Lmedium Le parton perd de l’énergie additionnelle energy (qL2) Multiplicité et énergie transverse de la gerbe hadronique
augmentent (qL) Hadron dominant
E Ltherm ~ √(ET/q )^
^
^
xET
ET
état hadronique final
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Hadron dominant (qL2)
… Mais l’émission de surface limite la sensibilité aux propriétés du milieu
Eskola, Honkanen, Salgado, Wiedemann Nucl Phys A, hep-ph/0406319
Condition expérimentale: grand pt
^
q=5 GeV2/fm^
q=10 GeV2/fm^
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Dépendance g, q, Q
Egluon Equark, m0 Equark, m0
Condition expérimentale: grand pt electrons, vertex
Armesto, Dainese, Salgado, Wiedemann hep-ph/0501225
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Reconstruction de jet (qL)
Au LHC, les jets pourront être reconstruits dans l’environnement IL
La structure du jet est plus sensible aux effets de milieu
^
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Excitation du jet
Énergie totale du jet peu sensible, augmentation de kt
Fragmentation longitudinale et transverse: étiquetage (Z)
Salgado, Wiedemann, hep-ph/0310079
. kt
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Etiquetage des jets
Pb+Pb 40GeV → -jetR=0.3; pt> 2 GeV/c
Ejet/E zT=pT/E
RAA
Condition experimentale: calorimétrie, hadrons bas zt, grand pt
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1+2 experiments at the LHC ATLASCMSALICE
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ALICE
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ALICE Physics Program
Deconfinement: charmonium and bottomonium spectroscopy
Energy loss of partons in quark gluon plasma: jet quenching high pt spectra open charm and open beauty
Chiral symmetry restoration: neutral to charged ratios resonance decays
Fluctuation phenomena - critical behavior: event-by-event (√N) particle composition and spectra
pp collisions in a new energy domain
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Heavy ion experiment at LHC
ALICE will meet the challenge to measure flavor content and phase-space distribution event-by-event:
Most (2 * 1.8 units ) of the hadrons (dE/dx + ToF), leptons (dE/dx,
transition radiation, magnetic analysis) and photons (high resolution EM calorimetry);
Track and identify from very low (< 100 MeV/c; soft processes) up to very high pt (>100 GeV/c; hard processes);
Identify short lived particles (hyperons, D/B meson) through secondary vertex detection;
Identify jets;
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Alice uses ~all known techniques!
0 1 2 3 4 5 p (GeV/c)
1 10 100 p (GeV/c)
TRD e / PHOS /0
TPC + ITS (dE/dx)
/K
/K
/K
K/p
K/p
K/p
e /
e /
HMPID (RICH)
TOF
Aerogel Cherenkov 10 GeV/c
ALICE PID
EMCAL
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Jet Phase Space
0 1 2 10 100
pt (GeV/c)
Bulk properties
Hard processesModified by the medium
T=QCD Qs
ALICE Tracking & PID
Jets from Correlations and Leading Particles
Reconstructed Jets
Mini-jets 100/event 1/event 100K/year
Jet physics will dominate the LHC heavy-ion program, ALICE will be the main contender of the race for jet quenching
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The ALICE program in 2007 on wards
The first 15 minutes; Lint=1b-1
Event multiplicity, low pt hadronic spectra, particle ratios
The first month; Lint=0.1-1nb-1
Rare high pt processes: jets, D,B, quarkonia, photons, electrons
The following years: pA, A scan, E scan
PbPb = 8barn; LPbPb 1027cm-2s-1; t0=04/2007
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ALICE: the dedicated HI experimentSolenoid magnet 0.5 T
Central tracking system:• ITS •TPC• TRD• TOF
MUON Spectrometer:• absorbers• tracking stations• trigger chambers• dipole
Specialized detectors:• HMPID• PHOS
Forward detectors:• PMD• FMD, T0, V0, ZDC
Cosmic rays trigger
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Proposed ALICE EMCAL
EM Sampling Calorimeter (STAR Design)
Pb-scintillator linear response -0.7 < < 0.7 /3 < <
Energy resolution ~15%/√E