Badanie przejscia fazowego i poszukiwanie
Transkrypt
Badanie przejscia fazowego i poszukiwanie
Badanie przejścia fazowego i poszukiwanie punktu krytycznego w eksperymencie NA61/SHINE przy SPS CERN Magdalena Kuich Uniwersytet Warszawski, Wydział Fizyki Sympozjum doktoranckie Warszawa – Fizyka – Kraków 4 III 2016, Kraków Magdalena Kuich (Uniwersytet Warszawski) Badanie przejścia fazowego i poszukiwanie . . . Warszawa–Fizyka–Kraków 2016 1 / 14 Contents 1 Motivation 2 Investigation strategy 3 Onset of deconfinement Analysis methods Results QGP signatures 4 Critical point Analysis methods Results 5 Summary Magdalena Kuich (Uniwersytet Warszawski) Badanie przejścia fazowego i poszukiwanie . . . Warszawa–Fizyka–Kraków 2016 2 / 14 How to understand phases of interacting matter electromagnetic interactions Magdalena Kuich (Uniwersytet Warszawski) strong interactions Badanie przejścia fazowego i poszukiwanie . . . Warszawa–Fizyka–Kraków 2016 3 / 14 Our thermometer – NA61/SHINE detector ~13 m A large acceptance hadron spectrometer MTPC-L ToF-L Vertex magnets VTPC-1 Target GAP TPC ToF-F VTPC-2 Beam PSD S4 x CEDAR S1 THC V0 S2 S5 p V1 ToF-R V1 MTPC-R y BPD-1 BPD-2 BPD-3 z Beam particles measured in set of counters and detectors Charged tracks measured in set of 5 TPCs → measurement of q, p and identification via dE /dx 3 ToF walls: identification via time of flight measurement (Be+Be collision at 75A GeV/c measured in the NA61/SHINE detector) Projectile Spectator Detector counts the non-interacting nucleons of the beam nuclei JINST 9 P06005 Magdalena Kuich (Uniwersytet Warszawski) Badanie przejścia fazowego i poszukiwanie . . . Warszawa–Fizyka–Kraków 2016 4 / 14 The way to search – the strong interaction programme of NA61/SHINE T (MeV) Two-dimensional scan in collision energy and the system size translates into scan of the phase diagram of strongly interacting matter (CERN-SPSC-2006-034): ⇒ Freeze-out parameters 200 150A GeV/c 180 160 13A GeV/c NA61 collected data p+p C+C Si+Si Pb+Pb p+p 140 NA49 100 Be+Be Ar+Sc Xe+La Pb+Pb NA61 future data 120 200 300 400 500 600 µ (MeV) B The scan allows to study the onset of deconfinement and search for the critical point of the phase transition - the onset of deconfinement via measurements of particle multiplicities - the critical point via study of fluctuations PRC73:044905 shine.web.cern.ch Magdalena Kuich (Uniwersytet Warszawski) Badanie przejścia fazowego i poszukiwanie . . . Warszawa–Fizyka–Kraków 2016 5 / 14 Onset of deconfinement Magdalena Kuich (Uniwersytet Warszawski) Badanie przejścia fazowego i poszukiwanie . . . Warszawa–Fizyka–Kraków 2016 6 / 14 Analysis methods h− analysis method estimates number of π − in large phase space Measurement of the average energy loss (hdE /dx i) in the TPCs allows to separate particles of various masses which combined with measurements of particle time of flight (tof ) in the ToF detectors provides excellent separation of different hadron species close to the mid-rapidity region. Thanks to these methods we can identify particles. dE/dx [arb. units] 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 900 Mean 0.1257 0.3068 measureRMS points fitted function 700 Entries 18224 Mean 1.116 RMS 0.06219 600 fitted pions 500 fitted kaons 400 fitted protons 1.4 px 800 300 200 hist_0_9_4_0 Entries Mean K - RMS 14509 1.262 0.07598 0.1257 0.3068 1.5 p K CC_1 p π 0.8 1 1.2 1.4 0 200 400 600 800 1000 e 10 1200 −0.5 1400 0 102 RMS π- Mean < 0.4 [GeV/c] 18224 T py 0.3 < p 103 0 1 Tot Entries negative particles 7.94 < p < 10.00 [GeV/c] 0.5 counts mass2 [GeV2/c4] 100 104 1.6 1.8 dE/dx [a.u.] Magdalena Kuich (Uniwersytet Warszawski) Badanie przejścia fazowego i poszukiwanie . . . Warszawa–Fizyka–Kraków 2016 7 / 14 Results 1.4 EPJC74:2794 1.2 1 5 NA61/SHINE preliminary 1 0.8 0.6 0.6 0.4 0.4 0.2 0.2 1 0 0 -4 2 3 4 y 3 -3 -2 -1 0 1 2 3 +pz y = 21 ln EE −p z 4 y example of spectra obtained with dE /dx and tof − dE /dx analysis methods in p+p 80 GeV/c and K+ pT spectra for various energies identification of 6 kinds of particles but in smaller phase space Magdalena Kuich (Uniwersytet Warszawski) one kind of particles but broad phase space 2 K+ in p+p 80 GeV/c 1 0.8 T 1 spectra of π − obtained with h− analysis method in p+p and Be+Be interaction 4 0.8 0 0 150A GeV/c Be+Be; 0 - 5% Be+Be; 5 - 10% Be+Be; 10 - 15% Be+Be; 15 - 20% 158A GeV/c p+p 6 0.6 0.4 N pr A61 el /S im H in IN ar E y 0.12 0.1 0.08 + p+p → K + X 1 0.0 < y < 0.2 10-1 158 GeV/c × 8 0.06 0.04 0.2 0 −1 K+ pT spectra 0.14 T 158 GeV/c 1.2 d2n [1/(GeV/c)] dydp 1.4 dn dy π − in Be+Be 7 p [GeV/c] T p [GeV/c] π − in p+p 80 GeV/c × 6 10-2 0 1 2 3 y 0 Badanie przejścia fazowego i poszukiwanie . . . NA61/SHINE preliminary 40 GeV/c × 4 30.9 GeV/c × 2 0.02 20 GeV/c × 1 10-30 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 p GeV/c T Warszawa–Fizyka–Kraków 2016 8 / 14 NA61/SHINE preliminary T [MeV] K +/π+ (y≈0) QGP signatures K+ 400 y≈0 NA61/SHINE preliminary 0.2 200 0.1 p+p Pb+Pb Au+Au p+p Pb+Pb Au+Au SPS(NA61 p+p) WORLD(p+p, 4π) AGS SPS(NA49) 0 SPS(NA61 p+p) WORLD(p+p) AGS SPS(NA49) RHIC LHC(ALICE) 1 102 104 sNN [GeV] In central Pb+Pb collisions a sharp peak in SPS energy range... RHIC LHC(ALICE) 102 1 K+ π+ 104 sNN [GeV] ratio at mid-rapidity is visible in Energy dependence of the inverse slope parameter T of kaon spectra exhibits rapid changes in the SPS energy range... ...what is interpreted as due to the onset of deconfinement. Shadows of these structures seem to be visible also in p+p interactions. Be+Be and Ar+Sc data soon. PRC69:044903, PRC79:034909(STAR); PLB736(ALICE), EPJC71:1655(ALICE) ZPC65(π), ZPC71(K), PRC72:014908(BRAHMS); EPJC71:1655(ALICE), PRL109:252301(ALICE) Magdalena Kuich (Uniwersytet Warszawski) Badanie przejścia fazowego i poszukiwanie . . . Warszawa–Fizyka–Kraków 2016 9 / 14 Critical point Magdalena Kuich (Uniwersytet Warszawski) Badanie przejścia fazowego i poszukiwanie . . . Warszawa–Fizyka–Kraków 2016 10 / 14 pT and multiplicity fluctuations of non-identified particles ⇒ Σ – strongly intensive measure used to study fluctuations (in GCE does not depend on its volume) PT – sum of particle transverse momenta in a given event N – particle multiplicity in a given event Σ [PT , N] = 1 hNiω [PT ] + hPT iω [N] − 2 (hPT Ni − hPT ihNi) ω [pT ] hNi h i where: ω [PT ] = hPT2 i − hPT i2 hPT i Magdalena Kuich (Uniwersytet Warszawski) ω [N] = hN 2 i − hNi2 hNi Badanie przejścia fazowego i poszukiwanie . . . ω [pT ] = pT2 − pT 2 pT Warszawa–Fizyka–Kraków 2016 11 / 14 Summary of search for the critical point using pT and N fluctuations in NA61/SHINE: p+p and Be+Be interactions No centrality dependence in Be+Be No sign of any anomaly that can be attributed to CP (both in p+p and Be+Be) ... waiting for Ar+Sc results ... M. Gaździcki, P. Seyboth, arXiv:1506.08141; based on T. Czopowicz, CPOD 2014 (slides and arXiv:1503.01619) Magdalena Kuich (Uniwersytet Warszawski) Badanie przejścia fazowego i poszukiwanie . . . Warszawa–Fizyka–Kraków 2016 12 / 14 Summary Eksperyment NA61/SHINE bada materię oddziałującą silnie, w obszarze progu na produkcję plazmy kwarkowo-gluonowej. Eksperyment ma potencjał odkrywczy i wykonuje precyzyjne pomiary zderzeń hadronów: poszukuje punktu krytycznego materii oddziałującej silnie poprzez badanie fluktuacji produkowanych hadronów bada próg na produkcję plazmy kwarkowo-gluonowej przez pomiary widm średniej krotności cząstek a także wykonuje referencyjne pomiary widm hadronów dla eksperymentów neutrinowych (T2K, DUNE, . . . ) i promieni kosmicznych (Pierre Auger, . . . ) Pierwsze wyniki wskazują na brak sygnatur punktu krytycznego w zderzeniach lekkich jąder. Obserwowane są natomiast niespodziewane struktury w zależnościach energetycznych widm hadronów produkowanych w oddziaływaniach p+p. W eksperymencie uczestniczy około 150 fizyków z 30 instytucji na świecie, w tym 7 z Polski. Magdalena Kuich (Uniwersytet Warszawski) Badanie przejścia fazowego i poszukiwanie . . . Warszawa–Fizyka–Kraków 2016 13 / 14 Moja rola w eksperymencie: badanie przejścia fazowego w oddziaływaniach Be+Be metodą tof –dE /dx , kalibracja prędkości dryfu elektronów w TPC, modernizacja i rozbudowa systemu pomiaru prędkości dryfu, obsługa, konserwacja i rozbudowa systemu gazowego komór TPC eksperymentu NA61. Dziękuję za uwagę. Magdalena Kuich (Uniwersytet Warszawski) Badanie przejścia fazowego i poszukiwanie . . . Warszawa–Fizyka–Kraków 2016 14 / 14 Additional slides Magdalena Kuich (Uniwersytet Warszawski) Badanie przejścia fazowego i poszukiwanie . . . Warszawa–Fizyka–Kraków 2016 15 / 14 3. e tim e lec tr is m ic sig nal ea on sured the pad arr ay Working principle of a TPC readout plane R electric field (drift) magnetic field 2. electrons drift towards the readout plane R measured particle R R ises th cle ion e gas ti ary par 1. prim field cage plate Voltage R divider for the field cage R R HV Charged particle detaches electrons from the atoms of the gas (ionisation) The electrons drift in homogeneous electric field towards the readout plane Registered signal time and pad position allow for 3D track reconstruction Magnetic field (if any) is parallel to the electric field, so it doesn’t affect the drift Magdalena Kuich (Uniwersytet Warszawski) Badanie przejścia fazowego i poszukiwanie . . . Warszawa–Fizyka–Kraków 2016 16 / 14 Charge collection – gas amplification on sense wires At the end of drift the electrons reach thin (φ ∼ 20µm) sense wires near the readout plane. The electric field is very high close to a thin wire: E(r) ∼ HV/r Electrons accelerate in the electric field and ionise atoms of the gas. The process repeats creating an avalanche of electrons. As the electrons get collected on the wire, they generate an electromagnetic pulse on the read-out pads, high enough to be registered by the electronics. The gas amplification effect is used in many other detector types: (multi-)wire chambers, Geiger counters, resistive plate chambers, GEM. . . Magdalena Kuich (Uniwersytet Warszawski) Badanie przejścia fazowego i poszukiwanie . . . Warszawa–Fizyka–Kraków 2016 17 / 14