観測量と証拠

TimeSpace-time Evolution of A+A collision
Jets

Fluctuations
pp K

K0* fge mHadronization(Freeze-out)+Expansion
Mixed phase ?
QGP phase
Thermalization

Space (z)APre-equilibrium

AHadrons reflect the bulk property of collision system and its evolution.
Jets carry information at the early stage of the evolution.

主な観測量と証拠
時間（fm）
温度（MeV）
状態
初期エネルギー密度

~1~5
数10
250
150
150110前平衡 ---QGP--|--混合相-|-ハドロン相-|~0|----

バリオン分布、dET/dy, dN/dy ------|
初期バリオン密度

化学平衡-|
熱平衡----||-粒子比：ストレンジネス, 粒子／反粒子|-----

粒子スペクトル、フロー

Jet Quenching|-- Jet 生成 ‡energy loss --|J/y Suppression|--- 生成 ‡Debye screening + absorption --|Jet の測定、leading baronの測定

J/y の収量；衝突の中心度依存性、‫ޑ‬量依存性

Chiral transition|--------------------------------|

vector meson (r,w,f) ‡ lepton-pairCharm/bottom
Thermal radiation|- initial+thermal(?) -||---------------------------------------------|-----

系の初期条件
初期エネルギー密度、初期バリオン密度• 初期エネルギー密度– dET/dy, dN/dy → 推定• Bjorken’s formula (scaling 領域で）– カスケード‫ב‬算• バリオン密度– dNB/dy

dN/dy, dET/dyと初期エネルギー密度

初期エネルギー密度
半経験的な‫ב‬算式：e0 = 0.11 Aa-2/3 ln[ √s/2mp]‫ژ‬いエネルギーでの衝突＝‫ژ‬い初期エネルギー密度• QGP実現の可能性– RHIC、LHCでは大きなマージン

到達予想エネルギー密度• QGP状態の持続時間• 取り扱いがシンプル– 粒子密度が大→ 平均自由行程小– より理想的にսい流体• 熱力学的平衡• 化学平衡
重心系でのエネルギー

粒子多重度の測定（PHENIX）• 中央アームの二つのパッドチェンバーを使用

Background は、間違ったヒットとの組み合わせの為- combinatorial background荷ૣ粒子多重度• dNch/dh ~ 609±1±37– 中心衝突０-5％– Au+Au– ENN = 130 GeV• dNch/dｙ ~ 410– 中心衝突０-5％– Ｐｂ+Ｐｂ– ENN = 17.2 GeV

%s 0-3
15-20
35-40

Data(dNch/dh)/(_Npart)dNch/dhpseudo-rapidity distributions

Datah• PHOBOS has reallyfantastic h coverage• when wounded
nucleon model isdivided out, there is
still an increase at
mid-rapidity• evidence for somerelative decrease indNch/dh at high h
Systematic error ±(10%-20%)

粒子多重度Au+Au@RHIC
dNch/dh ~ 609±1±37– 中心衝突０-5％– ENN = 130 GeV

Pb+Pb@CERN-SPS
dNch/dｙ ~ 410– 中心衝突０-5％– ENN = 17.2 GeV

dN/dh = A Npart + B Ncoll
Hard processes increase
with centrality(30% mid-central to ~50%
most central)PbSc Calorimeter

PbScSize(cm x cm) 5.52 x 5.52
Depth(cm)37.5
Number of towers 15552
Sampling fraction ˜ 20%
h cov.
0.7
f cov.
90+45degh /mod0.011
f /mod0.011
18
X0Moliè re Radius
˜ 3cm

EMCal の性能• 1 GeV/c のパイオンに対するレスポンス– MIP + 反応によるテール• 二本のγ線から p0 の再構成

dNCH/dh と dET/dh• 良く似た振る舞い• 収量は Np（number of participants）よりも急速に増加→ Ncoll（number of binary collisions）に比例した項• ハードプロセスの割合は、centrality とともに増加(30% in mid-central から ~50% in most central)dX dh h =0 = A ¥ N part + B ¥ N coll

PHENIX preliminary

A = 0.88 ± 0.28
B = 0.34 m 0.12

B / A = 0.38 ± 0.19

A = 0.80 ± 0.24(GeV )B = 0.23 m 0.09(GeV )B / A = 0.29 ± 0.18

CMSエネルギー依存性•

dNch/dh と dET/dh：良く似たエ

ネルギー依存性• 粒子辺りのエネルギーは一定

初期エネルギー密度
初期エネルギー密度の推定
e ~ 5 GeV/fm3 （ √s = 130AGeV）
Bjorken’s formulae0 = 0.11 Aa-2/3 ln[ √s /2mp]
到達予想エネルギー密度

mT dN
e= 2pR t 0 dy1 dET=pR 2t 0 dy
重心系でのエネルギーModel comparison
130GeV

200GeVNaïve hard&semi-hard two component
model (HIJING) is excluded.
High energy QCD gluon saturation model(KLN) and two-component mini-jet modelwith nuclear shadowing (Mini-jet) arefavored.

EKRT
K.J.Eskola et al,
Nucl Phys. B570, 379 andPhys.Lett. B 497, 39 (2001)
HIJING
X.N.Wang and M.Gyulassy,
PRL 86, 3498 (2001)
KLN
D.Kharzeev and M. Nardi,
Phys.Lett. B503, 121 (2001)
D.Kharzeev and E.Levin,Phys.Lett. B523, 79 (2001)
Mini-jet
S.Li and X.N.Wang
Phys.Lett.B527:85-91 (2002)化学平衡と熱平衡• 粒子収量（比）→化学平衡– 化学的 freeze-out 時の情報
– 時空発展についての、模型が必要• 模型に対する強い制限• 粒子スペクトル→

熱平衡– Radial flow から、系の熱的 freeze-out 時の情報
– 時空発展についての、模型が必要• 模型に対する強い制限• Elliptic flow→

熱平衡

– Hydro-dynamic flow model との比ѕ粒子スペクトルとRadial FlowTOFによる粒子‫ށ‬別22
L LE L p + m
TOF = ==vpp2

Ê TOF ˆm= p Á˜ -1
Ë L ¯

Particle ID TechniquesdE/dx
RICHs (dE/dx) = .08

RICH PID range
1 - 3 GeV/c for K/p
1.5 - 5 GeV/c for K/p
dE/dx PID range:~ 0.7 GeV/c for K/p~ 1.0 GeV/c for K/p

STARParticle IDTopology

Combinatorics

Secondary vertex:
Ks Æ p + p, LÆ p + p,
XÆ L + p, WÆ L +Kg Æ e++e-Ks Æ p + + p L Æ p + p

dn/dm

f Æ K++KrÆ p++p-f from K+ K- pairs
backgroundsubtracted

m inv
dn/dm

K+ K- pairs
same event dist.
mixed event dist.

“kinks”
K±Æ m± + nm inv

STRANGENESS! (Preliminary)
Lbar

WW+K+
f

K0s

LX-X+K*mT scaling
d 3sd 3s
È mT - m ˘
E 3 == A( y ) exp ÍmT dmT dydf
T ˙˚dpÎ

p-p、p-A 衝突での低い運動量領域のスペクトル– 粒子の種์に依らず、mT の指数関数で良く表現される– 粒子の種์に依らず、同じ
T

BNL-AGS

E802実験

重イオン衝突における粒子スペク
トル Au+Au at BNL-RHIC
Au+Au at BNL-AGS

粒子により勾配が異なる

mT-mass [GeV/c2]

系によるスペクトルの変化
BNL-AGS
Only stat.
errors areshown‫ޑ‬量の大きい粒子ほど• 周辺衝突→中心衝突• 衝突系→大に従って、勾配が大きく変化するCollective Expansion- Single particle pT spectra -•••Simultaneous fit in range (mt -m0 ) < 1 GeV is shown.
The top 5 centralities are scaled for visual clarity.
Similar fits for positive particles.

<pT> [GeV/c]<pT> [GeV/c]

Collective Expansion- <pT> vs. Npart -•Systematic error on
200 GeV datap (10 %), K (15 %),p (14 %)open symbol :130 GeV data

• <pT> increases with Npart and particle mass => radial expansion.
• Consistent with hydrodynamic expansion picture.

Radial フローのモデルbf

Isotropic thermal source with raidus Rd 3s
Ê Eˆ
=Aexp
Á- ˜3dp
Ë T¯

Æ

d 3s
Ê Eˆ
E 3 = AE expÁ - ˜dp
Ë T¯p

˘R
Ê g f E ˆ ÈÊd 3sT ˆ˜ sinh aT2Á˜˜ Í 1 +E 3 µ Ú r drE expÁÁ cosh a ˙Á
˜0gfEdp˙˚
Ë T ¯ ÍÎË g f E ¯ aIsotropic Flow Model---- K.S. Lee and U. Heinz, Z. Phys. C 43 (1989) 425.

protonnÊr ˆb f = Á ˜ bS : flow velocity at rËR ¯bS : velocity at Rn : velocity profilea = bf g f p / T

At each r: Ed3s/dp3 dV = Ed3s/dp3 r2drdW
Back to rest frame: E ‡ gf (E + bf p cos q)
dV ‡ dV/ gfKaonpion

AGSデータとの比ѕData from E866 exp. at 11.6 AGeV Au+Au central collision
෩子スペクトルが non-exponential shape (世界初の結果）
bS = 0.69 (0.03)
n = 0.5 (0.1)
T = 91.2 (2.6) MeV

Radial Flow• ‫ޑ‬量の大きい粒子ほど、周辺衝突中心衝
突で勾配が穏やか– T ~ T0 + m<b2>• 成立する条件の考察：多重散乱
s n Lm = 1；n = nNn = 4 nNs ~ 20 - 30 mb→ Lm = 2.1 - 3.2 fm→ Lm = 0.5 - 0.8 fm

Lm << R (~ 7 fm), t (~ R)→ս似的に熱（力学的）平衡– 圧力 P(T,m)、核子の平均場（外向きの力）– 初期に熱平衡 → より強いフロー

Inverse slope parameter [GeV/c2]– 動径方向の系の流体力学的膨張とЖ釈できるSTAR (÷sNN=130 GeV)

mass [GeV/c2]

RHICではSPS
より強いフローResult of hydrodynamic model fit
Most central collisionsfor 200 GeV data
Au+Au at sqrt(sNN) =200GeVFreeze-out Temperature(*)

Tfo = 110 ± 23 MeV
Transverse flow velocity(*)

bT = 0.7 ± 0.2(*) Resonance feed down is
not corrected.
Ref: E. Schnedermann, J. Sollfrank,and U. Heinz, Phys. Rev. C 48, 2462
(1993)

J.M. Burward-Hoy@QM02• bT increases from peripheral to mid-central (Npart < 150) andtends to saturate for central collisions.

Flow Analysis の結果AGS• 大きな膨張速度 → ‫ژ‬い圧力• 初期に熱力学的平衡を達成：‫ژ‬温、‫ژ‬圧の状態