création d’une matière atypique à rhic

Création d’une Création d’une matière matière atypiqueatypique

ààRHICRHIC

1975 - 20051975 - 2005Plasma de Quarks et de GluonsPlasma de Quarks et de Gluons

Où en sommes-nous ?Où en sommes-nous ?

A des densités d’énergie les plus hautes jamais atteintes A des densités d’énergie les plus hautes jamais atteintes ((>5GeV/fm>5GeV/fm3)3)

Similaire à un fluide (hydrodynamique) presque parfait et qui Similaire à un fluide (hydrodynamique) presque parfait et qui atteint un équilibre chimique à l’hadronisation atteint un équilibre chimique à l’hadronisation (T(Tchem chem ~ T~ Tcritcrit))

Avec une forte collectivité, dès les premiers instants Avec une forte collectivité, dès les premiers instants ((1fm/c) 1fm/c)

Avec des degrés de liberté compatibles avec les quarks Avec des degrés de liberté compatibles avec les quarks constituants constituants

Avec des densités de gluons les plus fortes jamais estiméesAvec des densités de gluons les plus fortes jamais estimées dN/dy~1000 dN/dy~1000

RHIC crée un sQGP, un système sous forte RHIC crée un sQGP, un système sous forte interactioninteraction

D’où sommes-nous partis ?D’où sommes-nous partis ? Des collisions d’ions lourds pour caractériser la QCD (N Des collisions d’ions lourds pour caractériser la QCD (N corps)corps) A+A versus p+A « milieu QCD froid » , p+p « vide QCD »A+A versus p+A « milieu QCD froid » , p+p « vide QCD » De De ssNNNN= 4.7 GeV (AGS@BNL) à = 4.7 GeV (AGS@BNL) à ssNNNN= 200 GeV (RHIC@BNL)= 200 GeV (RHIC@BNL)

christelle roy - autrans, juin 2005 4

LHC@CERNFAIR@GSI 43

tem

ps

sN

N

GeV

États et régions du domaine nucléaire

RHIC@BNLLHC@CERN 5500

2007

SPS@CERNRHIC@BNL 200

2000

AGS@BNLSPS@CERN

4.717.3

1986


Le Plasma de Quarks et de GluonsJC Collins, MJ Perry

PRL34(1975)1353

”Our basic picture then is that matter at densities higher than nuclear consists of a

quark soup. The quarks become free at sufficiently high density.”


Le Plasma de Quarks et de Gluons …

Absence d’interaction entre les partons

Transition de phase du 1er ou 2nd ordre

…aujourd’hui

F Karsch NPA698(2002)199

Tc ~ 170 MeV

c ~ 0.7 GeV/fm3


État initial

Au Au

Pré-équilibre

QGP ?

En équilibre ?Thermalisé?

Hadronisation Interactions des hadrons

Freeze-out chimique

Freeze-outthermique

Temps

EffetsEffetscollectifscollectifs

0 fm/c 2 fm/c 7 fm/c

DdL partoniques?

Scénario d’une collision d’ions lourds

Quel milieu sommes-nous parvenus à créer « en laboratoire » ?

Quelles en sont ses caractéristiques ? – chimiques, thermiques

(cinétiques), collectives

Comment peut-on le comprendre ? – Des comportements similaires à ceux

d’une matière composée de hadrons ?

La démarche : observables selon la centralité de collision, la taille du système

(p-p, p-A, A-A), d’autres observables insensibles à un milieu dense


Suppression du J/

Les signaux du SPS

Le charme du SPS

NA50NA50

Énergie transverseCentralité


Des conclusions difficiles à extraire

expérimentales : – 1 expérience 1 observable– des signatures non observées– faibles déviations % aux scénarios standards

théoriques : interprétations ambiguës

– QGP ou gaz hadronique plausible

Des collisionneursDes collisionneurs (RHIC, LHC) et une (RHIC, LHC) et une

nouvelle nouvelle génération génération

d’expériences d’expériences

10 février 200010 février 2000

… les premières manifestations


Caractéristiques :- machine dédiée- circonférence 3.9 km- 2 anneaux indépendants- flexibilité au niveau des systèmes et énergies de collision

Run Ions s1/2

[GeV ]

I (2000) Au-Au 130

II (2001/02) p-p 200

III(2002/03) d-Au 200 p-p 200 IV(2003/04)

Au-Au 200

Au-Au 200

~ 10 x s1/2

CERN-SPS

Au-Au 200

Au-Au 200


<dET/d> ~ 650 GeV (top 5% central)

Multiplicité et densité d’énergie au TOP

1/(R20)[dET/d]

Bjorken : matière sans interaction en expansion longitudinale

5.5 GeV/fm3

(3.2@SPS) x 1.7 par rapport au SPS > c (QCD) ~1 GeV/fm3 PHENIX PRL87(2001)52301;NA49

PRL75(1995)3814

Progression monotone de la multiplicité

R2

0 ~ 1 fm/c


Les empreintes de la collision

Amplitude des spectres Propriétés chimiques du système

Forme des spectres Propriétés dynamiques du système

99.5%

Le Bulk


Modèles statistiques(équilibres thermique -

chimique au FO)

Au RHIC : le système est à l’équilibre chimique

F Becattini : Eur Phys JC5(1998)143

P Braun-Munzinger : PLB518(2001)41

M Kaneta : nucl-th/0405068

Au freeze-out chimique

1) Tch = 160 ± 5 MeV (155@SPS )

centralité

3) Paramètre de saturation en étrangeté Collisions centrales : s 1

(0.75@SPS)

2) B= 24 ± 4 MeV (250@SPS)

Tch TQCD


Modèle hydrodynamique Source en équilibre thermique

T, en expansion avec une vitesse collective (flot) <T>

Au freeze-out thermique

RHICRHIC , K, p:, K, p:

– T ~ 90 MeV < Tch~ 160 MeV– <T> ~ 0.57 c – Rediffusion

, , – T~150MeV, <T>~0.47c

– Faible int

→ création plus tôt

Z Xu :JPG: Nucl.

Part.30(2004)927

faible int + flot 0 Flot né des interactions,

très tôt, entre partons Tendances moins

nettes au SPS

Tch

Temps


y

x

py

px

Asymétrie spatiale

2

2 21 2 cos( )

2 nnT T

d N dNv n

dp d dp

Interactions entre les constituants gradient de pression : asymétrie spatiale impulsion

A y ~ 0 : le flow v1 disparaît, seul v2 demeure.

Collisions non centrales

2 2

2 2 2cos(2 )x y

x y

p pv

p p

1tan y

x

p

p

Remonter au début par le flot elliptique

Asymétrie dans l’espace des impulsions

v2 sensible aux 1ers instants de la collision donc aux interactions partoniques dans le milieu dense

JY Ollitrault PR D46(1992)229

H Sorge PRL B402(1997) 251

Émission des particules avec un angle défini par rapport au plan de réaction (décomposition en série de Fourier)


Fonction d’excitation du flot

Huovinen,Kolb,Heinz,Ruuskanen,Voloshin PLB503(2001)58 Phases hadronique + plasma

Limite hydrodynamique atteinte

(nouveau)

Thermalisation très tôt (therm~1fm/c)

Flot elliptique important

(déjà le cas au SPS)


Émergence de degrés de liberté pertinents

PHENIX PRL91(2003)182301/ STAR PRL92(2004)052302

Calculs hydrodynamiquesP Huovinen, P Kolb, U

Heinz, P Ruuskanen, S Voloshin

PLB503(2001)58

v2/nq versus pT/nq

Les degrés de liberté qui priment sont des quarks constituants

Un flot est créé au niveau partonique, et accréditant les modèles de coalescence de quarks


Les grands pt en pp (référence) et pQCD

p+p 0+X p+p h+X

Bonne description théorique (NLO pQCD) Référence bien calibrée (expérimentalement et théoriquement)

PDF : CTEQ6MPDF : CTEQ6M

PRL91(2003)241803

KKP FFKKP FF

Kretzer FFKretzer FF


Production à grands pt et pQCDCollisions périphériques Collisions centrales

Données AuAu périphériques en accord avec pp et pQCD

(+loi d’échelle selon Ncoll)

Fort déficit dans les collisions AuAu centrales


Déficit des jets à grands pt

+ Quantification des effets nucléaires de la matière nucléaire froide avec les collisions pp et dAu : - effets de shadowing (modification des fns de

structures des partons) - collisions multiples (effet Cronin)

Milieu dense : • perte d’énergie des partons, abaissant les pT

• suppression de jets, des hadrons • phénomène à la densité d’énergie donc à la densité gluonique (jet-quenching) Suppression à haut pT phase QGP

Cronin : collisions multiples modifiant les pT

M Gyulassy, X Wang NPB420(1994)583R Baier, Y Dokshitzer, A Mueller, S Peigne,D Schiff

NPB483(1997)291

nucleon nucleonparton

jet


Évolution avec la centralité des collisions Au+Au radicalement différente de celle des collisions d+Au

AuAu : effet dû à un milieu très dense (jamais observé à plus basse énergie)

« Voir » l’existence d’un milieu dense

Au + Au d + Au

PRC69(2004)034910

RAA = d2N/dpTd (Au+Au)

NColld2N/dpTd (p+p)

Facteur de modificationnucléaire :

L’un des résultats les plus significatifs La découverte à RHIC du jet quenching


Perte d’énergie des partons et pQCD

Ajustement avec pQCD ( E des partons)

dNgluon/dy ~ 1100 au début de l’expansion

~30-50 la densité de gluons de la matière froide

PHENIX : PRC69(2004)034910STAR : PRL91(2003)172302GLV : I. Vitev, JPG30(2004)S791+ I Vitev, M Gyulassy

PRL89(2002)252301


1- suppression 1- suppression à haut pà haut pTT: «jet quenching»

Même dépendance que celle du flot elliptique, en accord

avec les prédictions des modèles basés sur la

coalescence de quarks

2- Dépendance 2- Dépendance au type de au type de particulesparticules : Baryons/Mésons

Dépendance au type de particules

STAR@SQM04


Le CGC proposé comme précurseur

Conditions initiales à RHIC : ions lourds + énergies élevées Densité de partons (gluons) très élevée Noyaux en collision décrits comme des états gluoniques hautement saturés “Color Glass Condensate” (précurseur du QGP)

Rd

Au

= 0 = 1

= 2.2 = 3.2

Origine de la suppression : Une production de jets moindre en

raison de la saturation des gluons INITIALE

BRAHMS nucl-ex/0403005

E Iancu, L McLerran PLB510(2001)145

Région de prédilection pour son étude : système dAu aux grandes rapidités : Rapidité , x Effet moindre des interactions dans l’état final, dominantes dans les collisions AA










sQGP pour strongly interacting QGP


Que nous faut-il de plus ?Que nous faut-il de plus ?

Du charmeDu charme

Que devient la perte d’énergie ?

pQCD reproduit qualitativement la suppression mais des aspects importants de E des partons :

• rayonnement induit et son interaction dans le milieu • différence gluon/quark (u,c…)

Constance du RAA avec pT

• GLV : compromis entre E, Cronin, shadowing• WW : feedback du domaine des pT intermédiaires• EHSW : compromis entre E et et le spectre en pT des partons dont la pente augmente avec pT

Des photons thermiques Des photons thermiques

Des débuts prometteurs mais…Des débuts prometteurs mais…

q=5 GeV2/fm^

q=15 GeV2/fm^

Eskola, Honkanen, Salgado,Wiedemann NPA

747(2005)511

RAA insensible au milieu pour q>5GeV2/fmproduction des particules « épidermiques » non supprimées même aux densités les plus élevées.

création d’une matière atypique à rhic

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