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Symposium, Heidelberg, 12 Dec 2006 Kai Schweda 1 Kollektive Eigenschaften in Kern-Kern Kollisionen...

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1 Symposium, Heidelberg, 12 Dec 2006 Kai Schweda Kollektive Eigenschaften in Kern-Kern Kollisionen bei hohen Energien Kai Schweda, Physikalisches Institut/ GSI Darmstadt
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Page 1: Symposium, Heidelberg, 12 Dec 2006 Kai Schweda 1 Kollektive Eigenschaften in Kern-Kern Kollisionen bei hohen Energien Kai Schweda, Physikalisches Institut

1 Symposium, Heidelberg, 12 Dec 2006 Kai Schweda

Kollektive Eigenschaftenin Kern-Kern Kollisionen

bei hohen Energien

Kai Schweda, Physikalisches Institut/ GSI Darmstadt

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2 Symposium, Heidelberg, 12 Dec 2006 Kai Schweda

Quantum Chromodynamics

1) Quantum Chromodynamics (QCD) is the established theory of strongly interacting matter.

2) Gluons hold quarks together to from hadrons:

3) Gluons and quarks, or partons, typically exist in a color singlet state: confinement.

baryonmeson

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3 Symposium, Heidelberg, 12 Dec 2006 Kai Schweda

http://www.lbl.gov/Publications/Nobel/

COBE: Discovery `baby photo’ of the universeRHIC: Live history of the universe

LHC RHIC COBE

George SmootJohn Mather

10 –6 sec 10 –4 sec 3 min 15 Mil Jahre

Quark-GluonPlasma Nukleonen Kerne Atome Heute

Natur

Experiment

Urknall

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4 Symposium, Heidelberg, 12 Dec 2006 Kai Schweda

Quark Gluon Plasma

Source: Michael Turner, National Geographic (1996)

Quark Gluon Plasma:

(a) Deconfined and

(b) thermalized state of quarks and gluons

Study partonic EOS at RHIC and LHC(?) Probe thermalization using heavy-quarks

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5 Symposium, Heidelberg, 12 Dec 2006 Kai Schweda

Peripheral Event

STARSTAR

Au + Au Collisions at RHICAu + Au Collisions at RHIC

(real-time Level 3)

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6 Symposium, Heidelberg, 12 Dec 2006 Kai SchwedaSTARSTAR

Mid-Central Event

Au + Au Collisions at RHICAu + Au Collisions at RHIC

(real-time Level 3)

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7 Symposium, Heidelberg, 12 Dec 2006 Kai Schweda

Au + Au Collisions at RHICAu + Au Collisions at RHIC

STARSTAR

Central Event

(real-time Level 3)

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8 Symposium, Heidelberg, 12 Dec 2006 Kai Schweda

Pressure, Flow, …Pressure, Flow, …

pdVdUd Thermodynamic identity

– entropy p – pressureU – energy V – volume= kBT, thermal energy per dof

In A+A collisions, interactions among constituentsand density distribution lead to: pressure gradient collective flow

number of degrees of freedom (dof) Equation of State (EOS) cumulative – partonic + hadronic

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9 Symposium, Heidelberg, 12 Dec 2006 Kai Schweda

Protons From RHIC

Mor

e ce

ntra

l col

lisio

ns

1) In central collisions, spectrum becomes more concave

collective flow !2) Flow velocity <> = 0.60 ± 0.05 in most central collisions

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Anisotropy Parameter v2

y

x

py

px

coordinate-space-anisotropy momentum-space-anisotropy

y 2 x 2y 2 x 2

v2 cos2 , tan 1(py

px

)

Initial/final conditions, EoS, degrees of freedom

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11 Symposium, Heidelberg, 12 Dec 2006 Kai Schweda

v2 at Low Momentum

P. H

uo

vi ne

n, p

r ivate

com

mu

nica

t i on

s, 20

04

- Mass hierarchy collective flow !- Hydro-dynamical model : acces to equation of state !

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12 Symposium, Heidelberg, 12 Dec 2006 Kai Schweda

-meson Flow: Partonic Flow

-mesons:

- little hadronic interactions

- strong collective flow

- formed via coalescence of

thermal s-quarks

Collectivity at

quark level !

STAR Preliminary: SQM06, S. Blyth

Hwa and Yang, nucl-th/0602024; Chen et al., PRC73 (2006) 044903

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13 Symposium, Heidelberg, 12 Dec 2006 Kai Schweda

Collectivity, Deconfinement at RHIC

- v2 of light hadrons and multi-strange hadrons - scaling by the number of quarks

At RHIC: number-of-constituent

quark scaling

De-confinement

PHENIX: PRL91, 182301(03) STAR: PRL92, 052302(04), 95, 122301(05) nucl-ex/0405022, QM05

S. Voloshin, NPA715, 379(03)Models: Greco et al, PRC68, 034904(03)Chen, Ko, nucl-th/0602025Nonaka et al. PLB583, 73(04)X. Dong, et al., Phys. Lett. B597, 328(04).

i ii

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14 Symposium, Heidelberg, 12 Dec 2006 Kai Schweda

EoS Parameters at RHIC

In central Au+Au collisions at RHIC - partonic freeze-out:

*Tpfo = 165 ± 10 MeV weak centrality dependence

vpfo ≥ 0.2 (c)

- hadronic freeze-out:*Tfo = 100 ± 5 (MeV) strong centrality

dependence

vfo = 0.6 ± 0.05 (c)

Systematic studies are needed to understand the centrality dependence of the EoS parameters * Thermalization assumed

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Symposium, Heidelberg, 12 Dec 2006 Kai Schweda

Quark Masses

1) Higgs mass: electro-weak symmetry breaking. (current quark mass)

2) QCD mass: Chiral symmetry breaking. (constituent quark mass)

Strong interactions do not

affect heavy-quark masses.

Important tool for studying properties of the hot/dense medium at RHIC.

Test pQCD predictions at RHIC and LHC.

Total quark mass (MeV)

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16 Symposium, Heidelberg, 12 Dec 2006 Kai Schweda

J/Enhancement at LHC Statistical hadronization

strong centrality dependence

of J\ yield at LHC

Need total charm yields !

Measure D0, D±, c

Probe deconfinement

and thermalization

Calculations: P. Braun Munzinger, K. Redlich, and J. Stachel, nucl-th/0304013.

cc

Number of participants

More central collisions

J/: c c

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17 Symposium, Heidelberg, 12 Dec 2006 Kai Schweda

Pb+Pb

ccc / D :

p+p

c

c c

Multiply Heavy-flavored Hadrons

F. Becattini, Phys. Rev. Lett. 95, 022301 (2005);P. Braun Munzinger, K. Redlich, and J. Stachel, nucl-th/0304013.

Statistical hadronization

- de-confined heavy-quarks

- equilibrated heavy-quarks

Enhancement up to x1000 !

Measure cc, cc, Bc, (ccc)

Need total charm yields

Probe deconfinement and

thermalization @ LHC

Quark Gluon Plasma !

Quarks and gluons hadrons

x1000

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18 Symposium, Heidelberg, 12 Dec 2006 Kai Schweda

The key point is to idenitfy and measure

Heavy-Flavor CollectivityD0, D, D+

s, +C, J/, B0, B±, , …

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19 Symposium, Heidelberg, 12 Dec 2006 Kai Schweda

Energie in einer Blei-Blei Kollision

1150 TeV = 0.18 mJ

Faktor 300 höher als in SPS Experimenten

sehr heisser Feuerball!

T = 1000 MeV

Large Hadron Collider

LHC am CERN

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20 Symposium, Heidelberg, 12 Dec 2006 Kai Schweda

ITS

TPCTRD

ALICE beim LHC

Bis zu 60000 geladene Teilchen

Faktor 25 höher als beim SPS

~ PetaByte (1015) pro Jahr

Page 21: Symposium, Heidelberg, 12 Dec 2006 Kai Schweda 1 Kollektive Eigenschaften in Kern-Kern Kollisionen bei hohen Energien Kai Schweda, Physikalisches Institut

21 Symposium, Heidelberg, 12 Dec 2006 Kai Schweda

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22 Symposium, Heidelberg, 12 Dec 2006 Kai Schweda

J/ e+ + e- Reconstruction

J/ e+ + e-

(BR = 6%)

Reconstruct

invariant mass

TRD identifies

electrons

Identify

quarkonia

J/: c c : b b

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Ta

ken

fr om

P. S

en

ge

r

1) LHC heavy-flavor program:

2) FAIR / CBM program:

- Study medium properties- pQCD in hot and dense medium - Search for phase boundary.- Chiral symmetry restoration

Start: 2007

Start: ~2012


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