1/38 L'étrangeté du RHIC au LHC Renaud Vernet (INFN Catania)‏

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1 1/38 L'étrangeté du RHIC au LHC Renaud Vernet (INFN Catania)‏

2 2/38 Plan ● Le Plasma de Quarks et de Gluons ● La place de l'étrangeté dans les résultats les plus marquant obtenus au RHIC composition chimique effets collectifs hadronisation et régime d'impulsion ● Les possibilités offertes par le LHC et l'expérience ALICE ● Performances d'identification des particules étranges dans ALICE vertex secondaires résonances ● Perspectives

3 3/38 Formation du Plasma de Quarks et de Gluons AGS SPS ● Diminution de V qqbar écrantage ● Diminution condensat de quarks restauration symétrie chirale T chirale ~ T phases

4 4/38 Etudier le PQG dans les collisions d'ions lourds collision plasma ? hadronisation freeze-out , K*, p, ... g jets   jet ● Premiers instants prompts, jets, phénomènes à haut pT ● Etat final composition chimique dynamique d'expansion peut-on accéder aux deux simultanément !?

5 5/38 Partie 1 : ce qui s'est fait récemment au RHIC

6 6/38 Production des particules ● Modèles statistiques à l'équilibre image statistique des abondances relatives ~ loi de Boltzmann 2 paramètres T, B (+ S )‏ formalisme grand canonique (ions lourds)‏ fonctionne également dans les collisions élémentaires Andronic, Braun-Munzinger, Stachel Nucl.Phys.A772:167-199,2006 => indication de la présence d'un milieu a l'équilibre ? => et si l'équilibre n'était pas atteint même en présence de PQG ? LHC? Braun-Munzinger et. al. Nucl.Phys. A697 (2002) 902-912

7 7/38 Flow elliptique x y pypy pxpx Anisotropie (x,y) : => comportement similaire à celui d'un « liquide parfait» => degrés de liberté partoniques ? => comment s'opère la hadronisation ? Flow observé très proches des prévisions hydrodynamiques Comportement différent baryons/mésons Saturation du flow à moyens p T Greco, Fries, Sorensen, Annu. Rev. Nuc. Part. Sci. 2008.58:177-205

8 8/38 « Baryon Anomaly » ● Comment expliquer le rapport B/M observé au RHIC ? excès de baryons à p T intermédiaire ● la valeur du flow ne suffit pas chute du rapport à haut p T ● Modelès de «recombinaison» envisagent la hadronisation : bas p T : coalescence de quarks hauts p T : fragmentation frontière entre ces domaines ? Fries and Müller, EJP C34, S279 (2004)‏ => rapport B/M prévu au LHC : même intensité mais déplacé vers les hauts p T

9 9/38 Quels degrés de liberté ? ● Succès des modèles de recombinaison à expliquer la «baryon anomaly» nécessité de la présence d'une phase de partons thermalisée ● Introduction du «constituent quark scaling» découle 'naturellement' des équations trop simpliste ?... mais fonctionne bien

10 10/38 Comprendre le milieu par les processus durs ● Phase de partons deconfinés ⇒ milieu dense en gluons perte d'énergie des partons par radiation de gluons modification du jet traversant le milieu * Quels mécanismes gèrent la production des hadrons dans le milieu ? * Peut-on envisager la recombinaison par quarks de haut p T ? => les corrélations angulaires sont un outil puissant

11 11/38 Corrélations angulaires avec le ● Contraintes sur les modèles de recombinaison ? production du favorisée par coalescence de quarks thermiques seulement Hwa, Yang nucl-ex/0602024 Abelev J.Phys.G35:044010,2008 => le montre cependant une forte corrélation avec les hadrons de haut p T T=ThermalS=Shower

12 12/38 Structure du spectre de corrélations angulaires ridge     ridge jet jet+ridge   D. Magestro, Hard Probes 2004; STAR, PRC73, 064907 (2006)‏ ridge jet p T trigger =3-6 GeV/c, 1.5 GeV/c <p T associated < p T trigger   jet ridge+jet ● Comment s'explique la forme du spectre en [, ] de corrélations entre hadrons chargés ? ● 2 parties distinctes : «JET» + «RIDGE» ● Origine du ridge: flow longitudinal ? effet de color glass condensate ? pas encore clair...

13 13/38 Mesure des résonances ● Court temps de vie sensibles à la phase pré-hadronique affectées par restauration symétrie chirale calcul temps entre freeze-outs chemical freeze-out   p        p p kinetic freeze-out re-scattering regeneration  e+e+ e-e- leptonic decay hadronic decay - suppression observée du K* et * - le ne présente pas de suppression => analyse du K* estimation de ~ 4fm/c ! K* K+ diffusion régéneration K << ⇒ suppression attendue STAR-RHIC

14 14/38 Flow elliptique du ● Résonance très intéressante méson masse ~ proton, comprendre les effets de masse et du nb. de quarks de valence Since  -mesons are made via coalescence of seemingly thermalized s quarks in central Au+Au collisions, the observations imply hot and dense matter with partonic collectivity has been formed at RHIC STAR Col. Phys. Rev. Lett. 99, 112301 (2007).

15 15/38 et donc... l'étrangeté en résumé ● Observables globales relatives au milieu (bulk)‏ abondances relatives ⇒ T, B, s,... ● Mécanismes de création des mésons et des baryons K 0 S,,,, flow, R CP, rapports B/M corrélations angulaires ● K 0 S, hypérons et résonances (!)‏ ● Dynamique du système flow (radial & elliptique) ⇒ validité des modèles hydrodynamiques résonances ⇒ chemical,thermal ● Restauration de la symétrie chirale? masse, largeur des résonances (K*,...)‏ Leurs méthodes d'identification permettent d'identifier ces hadrons dans un large domaine en impulsion ! => sonde simultanément les effets en jeu dans les processus mous et durs

16 16/38 Partie 2 : Nouvelles opportunités au LHC ALICE ATLAS LHCb CMS 0.58.81 10 30 pPb 14 7.0 6.3 5.5  s NN max [TeV] 01 10 34 pp 02 10 29 O+O 06 10 28 Ar+Ar 01 10 27 Pb+Pb yy L 0 [cm -2 s -1 ] System * + grande densit é d' é nergie * + long temps de vie * + grand volume => effets du PQG plus prononc é s * + processus durs => un 'nouveau' PQG ?

17 17/38 Longueur de radiation => ALICE: Reconstruction et identification id é ale à bas p T : la plus faible longueur de radiation Cumulative mid-rapidity material budget for ALICE, ATLAS and CMS ALICEx/X 0 (%)‏ATLASx/X 0 (%)‏CMSx/X 0 (%)‏ Beam pipe0.26Beam pipe0.45Beam pipe0.23 Pixels (7.6 cm)‏2.73Pixels (12 cm)‏4.45Pixels (10.2 cm)‏7.23 ITS (50 cm)‏7.43SCT (52 cm)‏14.45TIB (50 cm)‏22.23 TPC (2.6 m)‏13TRT (1.07 m)‏32.45TOB (1.1 m)‏35.23

18 18/38 L'expérience ALICE ● Point 2 (St Genis-Pouilly)‏

19 19/38 L'expérience ALICE ● L'expérience LHC dédiée aux ions lourds Principaux outils de tracking : TPC + ITS tracking complémentaire + PID : TRD, TOF, HMPID, EMCAL, PHOS ● Taux d'acquisition : 100 Hz (Pb-Pb et pp)‏ Time Projection Chamber Inner Tracking System -0.9< < 0.9 azimuth 2  length 5 m diameter 5.6 m active volume 88 m 3 -0.9<  < 0.9 silicon layers 6 pixel/drift/strip 2/2/2 cells(M) 9.84/23/2.6 area 0.21/1.31/4.77 m 2

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21 21/38 Première « activité » observée le 11 septembre ITS FMD

22 22/38 Prises de données prévues ● Programme pp @ 900 GeV,10TeV, 14TeV physique des jets fonctions fragmentation petits x production des particules : système de « référence » (vraiment hadronique ?) pour le PQG ● Programme Pb-Pb @ 5.5TeV (par paire de nucléons)‏ physique du PQG essentiellement

23 23/38 Capacités en PID d'ALICE J.Phys.G32:1295-2040,2006. Capacités d'identification pour 10 7 Pb+Pb@5.5TeV événements centraux

24 24/38 Reconstruction des vertex secondaires étranges ● Reconstruction par topologie particules concernées ● K 0 S +- ● hypérons : p - - K - c ~ qq cm désintegration en particules chargées efficace sans identification préalable des traces filles ⇒ large couverture en p T V0V0 ''bachelor''

25 25/38 Performances d'identification des hypérons (pp)‏ ● Efficacité de reconstruction équivalente pour 2 V 0 -finder différents ● Spectre en masse invariante S/B ~ 1 m ~ 2 MeV/c 2 K0SK0S

26 26/38 Plan pour le premier papier sur les V 0 ● Taux de production, spectres (dN/dp T, dN/dy) et rapports K 0 S,, anti- composition chimique, mécanismes de hadronisation (coalescence vs fragmentation) à p T intermédiaire ● statistique : > 500k événements ● détecteurs (configuration minimale) : TPC ● PID : sélections topologiques (+dE/dX pour améliorer S/B)‏ ● corrections : toutes ⇒ étonnant rapport M/B observe par UA1 et CDF ⇒ il est important de quantifier et comprendre ces effets en pp avant d'explorer les données d'ions lourds !

27 27/38 Performances d'identification des hypérons (PbPb)‏ 300 events~ 3 s 5000 events~ 1 min Vernet et al., ALICE Int. Note 2006-011 ~ 2 MeV/c 2 S/B ~ 1 signal visible dès les toutes premières collisions

28 28/38 Efficacités de reco. des hypérons (PbPb)‏ => coupures topologiques ajustées pour ne pas perdre d'efficacité à haut p T

29 29/38 Prévisions spectres bruts des hypérons (1 ere année)‏ 1 ere année Pb-Pb@5.5TeV 10 7 événements centraux

30 30/38 Identification des résonances ● Très courte durée de vie les produits de désintégration sont traces 'primaires' large bruit de fond combinatoire PID performant très important ● Identification grâce au spectre en masse invariante nécessite d'estimer le bruit de fond precisément plusieurs méthodes envisagées (event mixing, rotating, sign...)‏

31 31/38 K + K - dans les premières données pp 2 /ndf=0.8 S/S=5% p T =0 10 GeV/c signal - mixing ZOOM pp@900GeV : le sera mesurable avec >200k events à plus longue échéance (pp@14TeV / 1.5M events)‏ 1<p T <1.5GeV/c

32 32/38 sans PID ? (pp@10TeV)‏ ● Si calibration incomplète, il est envisagé d'identifier le sans faire appel au PID ● Problèmes rencontrés estimation du bruit de fond plus délicate le signal à bas p T est difficilement calculable ● Résultats sur 300k événements spectre en p T calculable entre p T =1 et 4 GeV/c

33 33/38 Recherche du K* (pp@14TeV)‏ ● L'une des meilleures sondes de = th – ch ● Etude effectuée sur pp@14TeV (pythia) dans p T [0,4] GeV/c et y [-1,1] 0<p T <0.5 GeV/c 3.5<p T <4 GeV/c

34 34/38 et * (pp@14TeV)‏ * pK * procédure d'identification des résonances fonctionnelle * plusieurs estimateurs de bruit de fond disponibles * sections efficaces inclusives des, K *,,* mesurables sur de faibles échantillons (<1M events)‏

35 35/38 Préparation aux premières données ● Accès aux données via GRID test des procedures d'analyse sur AliEn ● Corrections acces au MC / embedding acceptance & efficacite ● « Tasks » inserées dans le train d'analyse officiel d'ALICE 2 wagons prennent part au train

36 36/38 Exemple de corrections pour les résonances ● Vérification de toute la chaîne de corrections du K* et rapport d'embranchement, efficacité effets de « track splitting », kinks (kaons)‏ ⇒ procédure de correction fonctionnelle et prête à l'emploi

37 37/38 Conclusions et perspectives ● L'étrangeté est une des observables les mieux adaptées à l'étude à la fois des domaines de bas et hauts p T test de modèles de coalescence, mécanismes de hadronisation rôle important au RHIC, fondamental au LHC ● L'étrangeté fera partie des premiers résultats au LHC fonctionne sans PID rapide accès aux rapports B/M préparation aux collisions pp... et plus tard Pb-Pb ● Quand la statistique le permettra... corrélations hypérons/jet, résonance/jet comprendre le ridge, tester également pp et pPb ! étude de l'harmonique v 4 qui contraindra la coalescence davantage que le v 2...

38 38/38 Merci...

39 39/38 Collisions d'ions lourds ● Recréer le PQG dans le laboratoire ● Analyse des di ffér entes phases temps

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41 41/38 Principaux modeles de recombinaison NoYes Massive Quarks No Longitudinal Momentum Yes FMNB NoYesResonances Soft-ShowerYes Soft-Hard Coalescence Longitudinal MomentumFull 6D Overlap Integral Yes Instantaneous Coalescnece HYGKL Master Formula:

42 42/38 Lambda production (Hwa&Yang approach)‏

43 43/38 spectres recombinaison (FMNB)‏

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45 45/38 Thermalization? Data: S. Voloshin, nucl-ex/ 0701038 Hydro: Kolb, Sollfrank, Heinz, PRC 62 (2000) 054909 2 1dN S v dy  Low density limit: 2  In case of thermalization: v2v2   part is for the participant zone.  Possible thermalization only for the most central collisions. ‘We argue that the centrality dependence of elliptic flow should be a good indicator of the degree of equilibration reached in the action. ’ S. Voloshin, A. Poskanzer, PLB 474, 27, 2000.