Mesure des particules doublement étranges X dans l’expérience STAR

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1 Mesure des particules doublement étranges X dans l’expérience STAR
La physique des ions lourds ultra-relativistes Mesure des particules doublement étranges X dans l’expérience STAR auprès du collisionneur RHIC à √sNN=200GeV L’objectif de cette présentation n’est pas tant de vous parler du plasma et de ces signatures mais davantage de vous montrer le type de physique que l’on met en evidence parallelement a la recherche de ce plasma comme par exemple la comprehension des mecanismes de production de particules et leur evolution dans le systeme. Magali Estienne Journées Jeunes Chercheurs – 30Nov-5Déc 2003

2 Ions lourds relativistes : le scénario
Démarche expérimentale : comparaisons Au+Au avec les résultats en pp et dA (absence de plasma) et avec la centralité de la collision. Collision QGP ? Interaction des hadrons Thermalisation Temps Pré-équilibre Hadronisation Sondes indirectes : évolution du système Etrangeté (taux augmentés dus aux densités et fusions initiales gluon-gluon élevées) Effets collectifs (flow) : directions d’émission privilégiées Sondes dures : les 1ers instants Sondes directes de la phase partonique sensibles au milieu dense, déconfiné : perte d’énergie des partons (jet quenching), suppression des saveurs lourdes (J/Y,Y…), photons directs Au Au Freeze-out chimique thermique FO chimique : arrêt des interactions inélastiques et composition chimique des hadrons fixée FO thermique/cinétique : arrêt des interactions élastiques Journées Jeunes Chercheurs – 30Nov-5Déc 2003 Magali Estienne

3 La motivation à l’origine
Première signature proposée : augmentation d’étrangeté - J. Rafelski and B. Müller (1982) Gaz de hadrons Production d’étrangeté par : collisions binaires +  K+K +N  K+(uds) énergie réclamée plus élevée (~1 GeV) temps long ~100 fm/c suite de réactions : +N  K+, +  K+, +  K+ QGP Production d’étrangeté par : création de paires Milieu très dense en q et g : ss court temps ~ 5 fm/c Les baryons multi-étranges sont plus sensibles à l’augmentation de l’étrangeté Mesure production de X- (ssd) et X+ (ssd) Journées Jeunes Chercheurs – 30Nov-5Déc 2003 Magali Estienne

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Le collisionneur RHIC Relativistic Heavy-Ions Collider (BNL) 3.83 km de circonférence 2 noyaux indépendants Accélération de p, noyaux d et Au ~10xEcm CERN – Run Ions s1/2(GeV) I (2000) Au-Au II (2001/02) Au-Au p-p III (2002/03) d-Au PHOBOS BRAHMS PHENIX STAR Magali Estienne Journées Jeunes Chercheurs – 30Nov-5Déc 2003

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L’expérience STAR ZDC Calorimètre électromagnétique bouchon Aimant Bouchons de TPC & MWPC FTPCs Détecteur de position De vertex Central Trigger Barrel Chambre à Projection Temporelle Détecteur de vertex RICH 2 m 4.2 m Détecteur silicium à micropistes Detecteur silicium a derive : SVT Detecteur silicium double faces : SSD Bas pt, TPC non atteintes, strange Journées Jeunes Chercheurs – 30Nov-5Déc 2003 Magali Estienne

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Reconstruction des X (ssd) Dca Lambda Daughters Dca Xi To Prim Vertex -  Decay Length Xi Reconstruction selon la topologie de la décroissance : -  - +  L  - + p Selection par : identification par perte d’énergie dE/dx coupures géométriques Masse invariante Journées Jeunes Chercheurs – 30Nov-5Déc 2003 Magali Estienne

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Masse invariante et Rapport X+/X- Masse invariante : 0-10% 0.83+/-0.02(stat)+/-0.07(syst) STAR PRELIMINARY X- , X+ Symétrie de STAR dans le plan azimutal : même efficacité pour les particules et anti-particules rapports anti-baryon/baryon sont extraits sans correction d’efficacité et d’acceptance ▲ STAR preliminary Rapport B/B Augmentation du rapport avec : - l’énergie de la collision - le contenu en étrangeté de la particule => Production d’anti-matière accrue Fits des rapports avec modèles statistiques : Braun Munzinger et al. Phys. Lett. B 518 (2001) 41 Tfochimique ~ 178MeV mB ~ 41MeV ≠ 0 Etat « baryon free » non atteint Journées Jeunes Chercheurs – 30Nov-5Déc 2003 Magali Estienne

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Correction des données Nécessité de corriger les données de : l’acceptance du détecteur l’efficacité de reconstruction (coupures inclues) STAR preliminary Double information par fit de Boltzmann des spectres : taux de production température freeze-out thermique X-, T traduit agitation thermique du milieu T si macro ici pas macro car systeme fini de nucleons Journées Jeunes Chercheurs – 30Nov-5Déc 2003 Magali Estienne

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Augmentation de l’étrangeté Prédictions : - augmentation des taux de particules étranges si plasma - mode de production sensible à la nature du milieu - sensibilité d’autant plus grande que la particule est étrange Antiparticules: Anti-L Anti-X W+Anti-W Particules: L X STAR Preliminary On observe cette augmentation depuis pp à Au+Au. Augmentation d’autant plus marquée pour les anti-particules par rapport au SPS => mB diminue En cours d’interprétation Precaution quant-à l’intertration car ce comportement peut-etre explique par modeles hadroniques SPS : section efficace plus elevees (capella – pas assez de place en pp suppression en pp Journées Jeunes Chercheurs – 30Nov-5Déc 2003 Magali Estienne

11 Comportement collectif - Flow transverse
X (p,K,p) ~100MeV ~175MeV Modèle hydro : émission par une source thermique - flow transverse collectif Schnedermann, Sollfrank, Heinz Nucl-th/ X et W dévient d’un schéma classique de flow radial collectif • Tfoth(X) > Tfoth(p, K, p) • Tfothermique(X) ~Tfochimique • Les X se découplent plus tôt du système : en accord avec leur faible section efficace d’interaction sXX << spX << spp Peut-on parler de flow partonique ? Journées Jeunes Chercheurs – 30Nov-5Déc 2003 Magali Estienne

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Rapport Central/Periphérique pt (GeV/c) 2 4 6 STAR Preliminary Coalescence bas pt et inter Fragmentation haut pt Comportement qui semble être dépendant du type de particules : mésons/baryons => En cours d’étude à STAR Une signature ? Jet quenching à haut pt Perte d’énergie des partons par radiations de gluons essentiellement en Au+Au => suppression hadronique à haut pt A fait l’objet d’une publication réunissant les quatre expériences au RHIC Journées Jeunes Chercheurs – 30Nov-5Déc 2003 Magali Estienne

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Conclusion Augmentation d’étrangeté : au delà de la constatation, comprendre quels phénomènes physiques peuvent en être la cause. Informations sur les freeze-out chimique et thermique Importance du degré partonique au rhic (flow + jet quenching) À poursuivre … On observe des phénomènes compatibles avec le plasma mais la certitude passe par la mesure d’autres observables. Trouver une cohérence et une convergence des résultats Journées Jeunes Chercheurs – 30Nov-5Déc 2003 Magali Estienne

14 Extra slides

15 Modèles statistiques et rapports de particules
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16 Modèle de freeze-out chimique
Gaz idéal de résonances de hadrons Densité d’une particule i : i = gi/(2p2)T3ch (mi/Tch)2K2(mi/Tch)lqQilssi avec lq=exp(mq/Tch), ls=exp(ms/Tch) Qi : 1 pour u et d, -1 pour  et  Tch : température de FO chimique si : 1 pour s, -1 pour  mq : potentiel chim. des quarks légers gi : d° liberté spin-isospin ms : potentiel chim. des quarks étranges mi : masse de la particule Décroissance de toutes les particules instables Comparaison des rapports de particules expérimentaux et prédits Journées Jeunes Chercheurs – 30Nov-5Déc 2003 Magali Estienne

17 Journées Jeunes Chercheurs – 30Nov-5Déc 2003
Production d’étrangeté au SPS Journées Jeunes Chercheurs – 30Nov-5Déc 2003 Magali Estienne