Neue Ergebnisse vom PHENIX- Experiment zu p+p- und Au+Au- Kollisionen am RHIC DPG Frühjahrstagung 2003, Tübingen Klaus Reygers Universität Münster für.

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1 Neue Ergebnisse vom PHENIX- Experiment zu p+p- und Au+Au- Kollisionen am RHIC DPG Frühjahrstagung 2003, Tübingen Klaus Reygers Universität Münster für die PHENIX Kollaboration Gefördert mit Mitteln des bmb+f

2 Relativistic Heavy Ion Collider RHIC am Brookhaven National Laboratory, Long Island

3 RHIC: Relativistic Heavy Ion Collider Umfang: 3,83 km 2 unabhängige Ringe 6 Kreuzungspunkte, 4 Experimente: Maximale Energie im Nukleon- Nukleon Schwerpunktsystem 200 GeV für Gold-Gold 500 GeV für p+p Strahlzeiten: Run 1 (2000): Au+Au, s NN =130 GeV Run 2 (2001-2002): Au+Au, p+p, s NN = 200 GeV Run 3 (2003): d+Au, p+p, s NN = 200 GeV

4 Aufbau des PHENIX-Experiments 2 zentrale Spektrometerarme (Rapiditätsbereich | | < 0.35) Spurerkennung: Drift-Kammern (DC) Pad-Kammern (PC) Identifizierung geladener Hadronen: Flugzeit-Detektoren (TOF) mit Startsignal von den Beam-Beam-Zählern (BBC) Photonen und 0 ( 0 ): Bleiszintillator Kalorimeter (PbSc) Bleiglas Kalorimeter (PbGl) Identifizierung von Elektronen: Ring Imaging Cherenkov Detektor (RICH) 2 Myon-Spektrometer (Rapiditätsbereich 1.2 < | | < 2.2) Zentralitätsauswahl: BBC + ZDC p

5 Zentralitätsauswahl in Au+Au Zentralität charakterisiert durch N part : Anzahl der Nukleonen mit mindestens einer inelastischen Nukleon-Nukleon-Kollision N coll : Anzahl der inelastischen Nukleon- Nukleon-Kollisionen N part und N coll aus Glauber-Rechnungen Spectator-Nukleonen Participants Messung der freien Spectator-Neutronen mit dem ZDC Messung der produzierten geladenen Teilchen mit dem BBC (3.0 < | < 3.9) 0-5% 5-10% 10-15%

6 p+p-Kollision bei s = 200 GeV PHENIX Event-Display von J. Mitchell, BNL

7 Au+Au-Kollision bei s NN = 200 GeV PHENIX Event-Display von J. Mitchell, BNL

8 QGP-Sonden aus frühen Parton-Parton- Kollisionen Partonen aus frühen Prozessen mit hohem Impulsübertrag können als Sonden für mögliches QGP dienen:

9 Energiedichte im Anfangszustand Au+Au, s NN =200 GeV, zentral (0-5%) transversale Energie: Energiedichte: Phasenübergang nach Gitter-QCD: T c 0.175 GeV c 0.7 GeV/fm 3 (50% syst. Fehler)

10 Harte und weiche Prozesse Harte Prozesse Parton-Parton-Stöße mit hohem Impulsübertrag Q 2 WQ klein gegenüber inelastischem Nukleon- Nukleon-WQ Dominant bei hohen p T Beschreibbar durch QCD-Störungstheorie (pQCD) Weiche Prozesse Kleiner Impulsübertrag Dominant bei kleinen p T Faktorisierungstheorem:

11 0 -Produktion in p+p bei s = 200 GeV PHENIX preliminary NLO QCD-Rechnungen von W. Vogelsang Vergleich mit NLO pQCD gute Übereinstimmung Transversalimpulskomponenten der Partonen im Proton (intrinsisches k T ) zur Beschreibung nicht notwendig (anders als bei kleinen s) Einschränkung für Fragmentationsfunktion D(Gluon ) (aus e e gibt es hierzu kaum Informationen)

12 Skalierung der Teilchenproduktion beim Übergang von p+p nach Au+Au harte Prozesse: Skalierung mit N coll (Grund: kleine Wirkungsquerschnitte, inkohärente Überlagerung) In Abwesentheit nuklearer Effekte: R AA = 1 bei hohen p T Nuklearer Modifikationsfaktor: Mittlere Anzahl der inelastischen Nukleon-Nukleon-Stöße in A+A

13 Cronin-Effekt in p+A Cronin-Effekt: R pA > 1 bei hohen p T (naive) Erklärung: Mehrfache weiche Streuung vor hartem Streuprozeß Ähnliche Beobachtung in Pb+Pb bei s NN = 17.3 GeV R AA ebenfalls > 1 Interpretation jedoch schwieriger als in p+A

14 0 -Produktion in Au+Au bei s NN = 200 GeV peripher: N coll = 12.4 4.2 zentral: N coll = 955.4 94 Vortrag von Christian Klein-Bösing, heute, 17:45, HK 20.7

15 R AA für neutrale Pionen in zentralen Kollisionen Erwartung aus Cronin- Effekt: R AA > 1 Beobachtet: Faktor 4-5 Unterdrückung in zentralen Au+Au- Kollisionen bei s NN = 130 und 200 GeV

16 Jet-Quenching? Pion-Unterdrückung reproduzierbar durch Parton- Energieverlust p T -Abhängigkeit der Unterdrückung nicht gut beschrieben andere Erklärungen denkbar Ohne Parton-Energieverlust Mit Parton-Energieverlust Vergleich mit Modellrechnungen mit und ohne Energieverlust der Partonen:

17 Jet-ähnliche Winkelkorrelationen in p+p und Au+Au ? Winkelverteilung geladener Hadronen mit 2 GeV 2.5 GeV p T > 2.5 GeV p+p, s=200 GeV Au+Au, s NN =200 GeV, Zentralität: 20%-40% Winkelverteilung um bleibt in Au+Au erhalten Keine Zentralitäts- abhängigkeit der Winkel- verteilung um erkennbar Winkelverteilung in p+p konsistent mit Teilchen- produktion durch Jets

18 Spektren identifizierter geladener Teilchen Au+Au, peripher: Produktion von Pionen dominiert Au+Au, zentral: Vergleichbare Produktion von Pionen und Protonen bei p T = 1.5 – 2 GeV

19 p/ – Verhältnis Erwartung bei Teilchen- produktion durch Jet- Fragmentation: p/ kleiner als 0.25 bei hohen p T Beobachtung: deutliche Zentralitätsabhängigkeit Au+Au, zentral: p/ 1 Delphi, e + e -, Gluon-Jet-Fragmentation Eur. Phys. J. C 17, 2000

20 Zentral/Peripher für Protonen Proton-Anti-Proton- Multiplizität zwischen 2 GeV < p T < 3 GeV skaliert mit N coll mögliche Erklärungen kollektive Expansion (hydrodynamischer Fluss) Teilchenproduktion nicht durch Jet-Fragmentation, sondern durch Rekombination von Partonen aus dem QGP

21 Charm-Produktion Charm-Produktion sensitiv auf anfängliche Gluondichte (Gluon+Gluon c+c) Messung über D K Kanal nicht möglich (da Vertex-Position nicht genau genug bekannt ist) Nachweis von Charm über e + und e - Produktion: D-Zerfälle dominieren (e + +e - )/2 – Spektrum im Bereich p T = 1 – 3 GeV Messung über e + und e - : Untergrund ( -Konversion, Dalitz-Zerfälle e + e -,...) wird vom inklusiven e + +e-Spektrum subtrahiert

22 (e + +e - )/2 – Spektrum e + +e - -Spektrum in Au+Au konsistent mit p+p-Modellrechnung N coll Kein Hinweis auf Unterdrückung oder Energieverlust (e + +e - )/2 – Spektrum (Au+Au, gesamter Zentralitätsbereich):

23 J/ -Messung Unterdrückung des J/ -Signals in Pb+Pb bei s NN =17.3 GeV Hinweis auf QGP Verschiedene Vorhersagen für RHIC-Energie: Unterdrückung wie am CERN SPS ( s NN =17.3 GeV) Verstärkte J/ -Produktion durch statistische cc-Rekombination beim Ausfrieren J/ -Signal:

24 Zentralitätsabhängigkeit der J/ -Produktion Skalierung mit N coll nicht ausgeschlossen, Unterdrückung jedoch wahrscheinlicher Konsistent mit J/ - Unterdrückung wie in Pb+Pb bei s NN =17.3 GeV Bessere Statistik in kommenden Strahlzeiten mit höherer Luminosität

25 Zusammenfassung 0 -Produktion Gemessen in p+p und Au+Au Faktor 4-5 Unterdrückung in zentralen Au+Au-Kollisionen bei hohen p T relativ zum N coll -skalierten p+p Spektrum Mögliche Erklärung: Jet-Quenching

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28 Vergleich mit geladenen Hadronen Unterdrückung bei geladenen Hadronen ähnlich wie bei 0

29 ( / 0 ) measured / ( / 0 ) simulated PHENIX preliminary

30 0 / (h +h )/2 bei hohen p T Falls h +h + wäre das Verhältnis 1 Folgerung: Protonen und/oder Kaonen stellen die Hälfte der produzierten geladenen Teilchen bei hohen p T dar Au+Au, s NN = 200 GeV

31 Zentralitätsabhängigkeit der Unterdrückung für 0 Au+Au-Kollisionen bis N part = 50 mit N coll - Skalierung verträglich kontinuierlicher Abfall, kein Schwellenverhalten erkennbar Skalierung mit N coll

32 R AA für periphere Kollisionen

33 Shadowing EKS98 PDF : R gluon ~ 1.0 @ RHIC R AA vs p T due to shadowing: ~ 1 Shadowing is a small effect at mid-rapidity EKS hep-ph/0201256 Klein, Vogt hep-ph/0211066