Transcript pptx - 東京大学駒場原子核理論研究室

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クォークグルーオンプラズマ
物性研究が開く扉
鳥井 久行 (東大CNS特任助教)
東大駒場格理論研究室セミナー
2011/07/06
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目次
• イントロ
• 物性研究の実例と新発見
▫ ジェットクエンチング
▫ 粘性
▫ カラースクリーニング
• 2020年の2月に何かが起こる？
• 将来展望
▫ 初期条件測定
 Low-xの物理
▫ QCD相図の完全理解へ向けて
 「ルミノシティーフロンティア」実験
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RHICからの結果:存在証拠
• dense: energy loss of (even heavy) quarks
▫ jet quenching (high pT suppression)
▫ jet modification
• partonic: quarks’ degrees of freedom, screening
▫ constituent
scaling ofThecollective
Thequark
matter isnumber
dense
matter is
strongly coupled
motion
The matter may melt
▫ J/Y suppression
and/or regenerate J/y’s
• strongly coupled: perfect fluidity
▫ hydro-dynamical collective motion
• hot: thermally radiative
matter (virtual) photons
▫ The
thermal
modifies jets
The matter is hot
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QGP物性研究最前線～LHC～
• LHC加速器を用いた世界最高エネルギー重イオン衝突
▫ 2010/11/8： s=2.76TeV実験開始
• 現在までにRHICと比較して
▫
▫
▫
▫
最大1.5-2倍のハドロン減衰
3倍のEnergy Density
2倍の体積
+20%のlifetime
‘Volume’
at decoupling
Alice error:
stat + syst
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研究の学術的背景
• QGP存在は1980年代から示唆。
2010年5月刊行
「サイエンスマップ2008」抜粋
▫ QCD物質の極限状態！
▫ Big Bang直後（10-10秒後）の宇
宙初期の状態
• 過去30年に渡り加速器実験に
より存在が確証
▫ 特にRHICにおける、ハドロン
生成の強い抑制や熱平衡状態の
観測、さらに流体力学的振る舞
いが強い証拠と成っている。探
索にピリオドが打たれた。
• QGP探索からQGP物性研究へ
新たなフェーズに移りつ
つある。
2008年
「強く相互作用する量子多体系」
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RHIC/LHCからの最新の結果を物性研究という視点から読み解
きながら紹介すると共に、新しい発見に焦点を合わせる。
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エネルギー密度測定
• ジェットクエンチング
▫ 様々なモデル
▫ 平均自由行程<->Lとの関係の違い: thin or thick?
• Radiative or collisional energy loss
▫ Radiative energy loss
 Multiple soft scattering
 BDMPS (LPM) or AMY
 Few hard scattering
 DGLV, Higher-twist framework
▫ Collisional energy loss
 Full calculation including the running of alpha_S
▫ 片方だけで実験を説明することも可能。両方取り入れ
て比較していくのが正しいのでは？
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QM2006(Shanhai) by A. Majumder
クエンチングモデルとの比較
PHENIX, PRC77(2008)064907
Large difference in medium density:
GLV, AMY: T = 300-400 MeV BDMPS: T ~ 1000 MeV
Different calculations use different geometries – not clear what dominates
理論比較：TECHQM “Brick Problem”


Models fitted to RAA using
modified c2 analysis
1s uncertainty band
indicated
q0 for multiple-soft approx 4x opacity expansion (T0 factor 1.5)
See more detail: https://wiki.bnl.gov/TECHQM/
(since 2008)
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最新のRHIC/LHC結果からの新発見
E1
E2
e2 e1
新発見１: 特異なジェットクエンチング
パートンの方向は変化しないソフトなグルーオン放射
ジェット化（破砕化）は真空中
新発見２: 失われたエネルギーのソフト化
ジェット外の領域（R>0.8）にソフト粒子生成再加熱？マッハコーン
新発見３: pQCDクエンチモデルの崩壊
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新発見１：特異なクエンチ
No Stronger angular deflection!!!
ソフトグルーオン
ジェットの形はp+pと変化なし
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新発見２：失われたエネルギー
• CMS
• ジェットバランス平均=0.2
▫ Leading Jet : 120GeV
▫ Second Jet : 平均 80GeV
• STAR
• ジェットハドロン相関
– Leading Jet : 10GeV-20GeV
– Hadron : <10GeV
• 残り40GeVが失われたことになる。• 幅
▫ 半分はR>0.8のコーン外側へ
– >4GeVでR<0.3 : p+p = A+A
– <4GeVでR=0.8(A+A)
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新発見３：pQCDの危機
v2 data favors dE/dx ~ l3 (like AdS/CFT)
v2 explained by
cubic path length
dependence
(like AdS/CFT)
v2 not explained
by pQCD
(even with
fluctuations &
saturation)
pQCD
AdS/CFT
PRL 105, 142301
pQCD
Theory calculations:
Wicks et al., NPA784, 426
Marquet, Renk, PLB685, 270
Drees, Feng, Jia, PRC71, 034909
Jia, Wei, arXiv:1005.0645
AdS/CFT
RAA explained by both models
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結論にはまだ早い
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粘性測定
PRL105,252302(2010) ALICE
• LHCにおいても完全流体：低い粘性を示す
0-1% 2<|D h|<5
0.5 < pa ,pb < 1.0 GeV
0.999
ATLAS Preliminary
T
T
-1
0
1
2
3
4
新発見１：マッハ構造＝3次のfluctuation
0.995
Df
1.02 FCalP(N) EP
vn,n (EP n=2-6) + v 2P
1.04
1,1
Even harmonics (EP n=2,4,6)
Odd harmonics (EP n=3,5)
v2P
1,1
1.02
C(Df)
C(Df)
1.01
1
ò
0.99
-1
Ldt = 8 mb
0-1% 2<|D h|<5
a
2.0 < p ,pb < 3.0 GeV
ATLAS Preliminary
-1
1
0
1
T
Df
2
T
3
4
Ridge and Mach cone are explained as sum of v2+v3+v4+…
ホットスポットからのfluctuationの３次項（奇数項）で説明つく？
0.98
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ホットスポットでリッジ構造再現？
Slide from Guo-Liang Ma (with X.N.Wang)
AMPT Model
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新発見２：初期条件依存性
• Glauber & 4/s=1を支持：初期条件の理解が重要
Color Screening ～Y(2S,3S)溶解～
• The data show that the 2s/3s are reduced as
compared to the 1s.
新発見？：J/Y suppression and flow
Phenix mm
RAA
•LHCではRHICより少ない減衰？？？
•注意：LHC(2.5<y<4), RHIC(1.2<|y|<2.2)
•LHC(2.5<y<4)ではRAAにして0.5程度のCNM(cold nuclear matter)効果。
•coalescenceモデルの収量の増加で説明付けられるか？
•J/ψのv2はゼロ？？？
•Coalescenceモデルでは説明付く？
•正しい理解のためには、CNM effectの理解が重要！
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1848年2月、フランス２月革命。共和政の樹立、ルイ＝ナポレオンが大統領へ
15/6/2010
HEPQM2010@Protvino "What is learned from the
startup stage at PHENIX" by Hisa
SPS after ~15 years on 10.02.2000
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Super Proton Synchrotron (SPS) started operation in 1976 as a proton accelerator at the maximum energy
of 300GeV and were gradually upgraded to a p-pbar collider, heavy nucleus accelerator, and ones with the
maximum energy upto 450GeV. Various programs for heavy ion physics since mid-1980s
February in 2000
15/6/2010
HEPQM2010@Protvino "What is learned from the
startup stage at PHENIX" by Hisa
RHIC after 10 years on 15.02.2010
Again February in 2010
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15/6/2010
HEPQM2010@Protvino "What is learned from the
startup stage at PHENIX" by Hisa
LHC after 10 years on xx.02.2020?
Press Release from SPS on 10th February 2000
Press Release from RHIC on 15th February 2010
Again February in 2020?
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将来展望
扉の向こうには何が？
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将来動向～初期条件～
• 初期条件の測定は重要：CGC
• p+A衝突＠LHC
▫ 2014以降に計画
▫ ALICE Upgrade: 東大CNS/広大
• eRHICやLHeC
▫ RHICやLHCに電子加速器を追加
 eRHIC: 10GeV + 250GeV/nucleon
 xmin=10-4, Q2max=104
 早くて2020年
 LHeC：50-150GeV + 2760GeV/nucleon
 xmin=10-6, Q2max=106
 他にもJLAB, GSIでの計画
▫ なにせ予算が、、、500億か1000億
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ALICE Upgrade : Forward Calorimeter
• “Standard” W+Si (pad/strip) calorimeter
First segment
CPV
•
•
•
•
Second segment
Si Strip (X-Y)
Tungsten
Third segment
Si pad
W thickness: 3.5 mm (1X0)
• Single sided Si-Strip (2X0-6X0)
wafer size:9.3cmx9.3cmx0.525mm
• 2g separation, 6 inch wafer
Si pad size: 1.1x1.1cm2
• 0.7mm pitch (128ch/wafer)
W+Si pad : 21 layers
• 3 longitudinal segments
• Summing up raw signal
longitudinally in one segment
将来動向～QCD相図の完全理解へ～
FAIR Physics Book
Phys. Rev. C77(2008)024903
NA49
STAR, arXiv:0808.2041
10-50GeV/cのビーム(sqrt(s)=2-10GeV）
RHIC/SPSでLow Energy Scan進行中
STAR@RHIC Low Energy Scan
Signal of the CP??
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NA49@SPS Low Energy Scan
32
NA49@SPS Low Energy Scan
• 詳細は不明。QM2011で突然出てきた。
重イオン加速器の世代
• 第一世代
▫ 稼働：1960年代から
▫ Fixed target at SIS-AGS-SPS
▫ Lattice-QCD＝灯台に照らされて
インテンシティーフロンティア
高密度QCD: “Beyond the SM”
• 第二世代
▫ 提案：1980年台以降
▫ 稼働：1990年以降
▫ 高エネルギー＝コライダーへ
 RHIC-LHC
 “Standard Model”=QGPの探索の終
結、そして物性研究へ。
• 第三世代（将来計画）
▫ 提案：2000年台
▫ 稼働：2020年頃以降
▫ 高インテンシティー




高密度を狙う。10-50GeV/cビーム。
Low energy collider : NICA, RHIC
Fixed targetへ回帰: SIS, JPARC
“Beyond the SM”を目指して
鳥井作成（参考文献はBackup slideに)
エネルギーフロンティア
高温度QCD
将来計画 low-x：”Beyond the Saturation Model”
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Let’s Jump in!!
ALICE実験
ここに居ます
2009年11月23日より陽子陽子衝突 √s= 900 GeV開始
共同研究者数はPHENIXの約３倍＝1/3の顔面積
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