高能核物理实验研究计划许怒华中师范大学

许怒 1/15 基金委实地考察“华师创新团队”，华中师范大学，十月， 2012

高能核物理实验研究计划许怒

华中师范大学


2 TE RHIC, SPS

3

3 Large μB

NICA, FAIR, CSR

研究量子色动力学 (QCD) 相结构

1

1 Tini, TC

LHC, RHIC

2P

arto

nic

Mat

ter

Had

ron

ic M

atte

r

LHC+RHICQGP 的性质√sNN ~ few TeV

RHIC BES-IIQCD 相结构 &

临界点 √sNN ≤ 20 GeV

NICA/FAIRQCD 相结构√sNN ≤ 12 GeV

CSR CEE高重子密度下的

QCD 相结构√sNN ~ few GeV

Emergent properties of QCD matter


华师高能核物理实验团队RHIC

STAR 国际合作组（ 1999 －）

LHCALICE 国际合作组

（ 2009 － )

FAIRCBM 国际合作组

(2018 - )

CSRCEE 中国合作组

( 2013 ?- )

刘峰：李志明，罗晓峰＊，施疏苏，孙向明，吴元芳，许怒＋ 7 研究生

周代翠：蔡勖，裴华，王东，王亚平，殷中宝，张晓明＊＋ 12 研究生

硅探测器实验室：黄光明 , 孙向明 ,王东＋ 7 研究生

团队高能核物理理论


三年研究计划LHC - ALICE RHIC - STAR FAIR-CBM CSR-CEE

2013 1 ）完成重味 μ 椭圆流的研究2 ）完成 PID 粒子的椭圆流的研究3 ）完成孤立光子－强子关联的研究4 ） PHOS FEE 生产和测试， DCAL 刻度安装测试

1) 完成 ϕ,Ω v2 的研究2) 完成净质子涨落的研究3) 开始做 HFT 刻度，分

析4) 开始 D-meson v2 分

析的准备5) 唯象模型计算及与实验

比较

1 ）参加 CBM

R&D 讨论2 ）物理唯象模型计算（ s-,c-

quark ）

1 ）申请 CEE

项目2 ）物理唯象模型计算

2014 1 ）完成中性 π 的流研究2 ）完成光子－强子， π0

－强子关联的研究3 ）发表 K0s, Λ 多重数依赖的研究4 ）光子－喷注分析

1) 开始做 HFT 刻度，分析

2) 做 D-meson v2 分析3) 掌握最新硅探测器技术

） 1 ）参加CBM R&D 讨论2 ）物理唯象模型计算

1 ） CEE 项目探测器的 R&D

2 ）物理唯象模型计算

2015 1 ）完成奇异，多奇异三角流的研究2 ）完成 W-μ 的研究3 ）光子－喷注分析4 ）研究 pA 实验结果

1) 做 HFT 刻度，分析2) 做 D-meson v2 分析3) 唯象模型计算及与实验

比较

） 1 ）参加CBM R&D 讨论2 ）准备参加 CBM 的申请

1 ） CEE 项目探测器的 R&D

和模拟2 ）开始 CEE

项目探测器的建造及准备

2016-2019

LHC5.5GeV 实验结果研究研究 BES-II 实验结果申请参加 CBM

实验CEE 探测器的建造

1) 硬探针：－光子－强子关联－光子－喷注关联

2 ）集体运动：－重味，光子椭圆流－多奇异强子椭圆流

3 ）涨落：－净质子高阶矩


LHC( √sNN ~ 0.9 – 5.5 TeV )


ALICE at LHC

DCal:1) $5M (0.78M*)2) Complete 2013

PHOS FEE:1) $17M (1.5M*)2) Completed 2013

ITS Upgrade:1) ~$20M ( ？ )2) Complete 2018

Chinese Contributions*(Central China Normal University, China Institute Atomic Agency)

关键物理 :小重子密度， μB ~ 0 ，区域的 QGP 性质


检验 QCD 预言

FONLL calculation from M. Cacciari et. al.

华中师大在 ALICE 实验中的贡献（为主发表两篇文章）

PLB 708 (2012) 265

7 TeV p-p 碰撞中的重味 -μ 产生截面

pt>6 GeV/c

PRL 109, 112301 (2012)

探测重夸克压低效应及辐射能量损失

2.76 TeV 铅 - 铅中重味 -μ 谱压低测量


RHIC( √sNN ~ 5 - 200 GeV )


STAR at RHIC

Barrel MRPC TOF:1) $4.3M (2.3*)2) Completed 2010

Barrel MRPC MTD:1) $2.8M (0.8*)2) 2014

Si-Pixel HFT:1) $16.5M (1.5*)2) 2014

1) Detector operation2) Data calibration, analysis, publications3) PWG co-conveners 4) Future upgrades and eRHICHLT: ~ $4M (0.5*)

1) Central China Normal University, 2) Institute of Modern Physics, 3) Shandong University, 4) Shanghai Institute of Applied Physics, 5) Tsinghua University, 6) University of Science and Technology of China关键物理 :

- QGP 性质- QCD 相结构


HFT: Charm Hadron v2 and RAA

- 200 GeV Au+Au m.b. collisions (500M events). - Charm hadron collectivity drag/diffusion constants

- Medium properties! - Light quark thermalization!

- 200 GeV Au+Au m.b. collisions (|y|<0.5 500M events)- Charm hadron RAA

- Energy loss mechanism! - QCD in dense medium!


RHICBES-I

STAR net-proton results: 1) All data show deviations below

Poisson beyond statistical and systematic errors in the 0-5% most central collisions for κσ2 and Sσ at all energies. Larger deviation at √sNN ~ 20GeV

2) UrQMD model show monotonic behavior

3) Higher statistics needed for collisions at √sNN < 20 GeV

Net-proton Higher MomentsBES-II

STAR Preliminary

STAR: X.F. Luo, QM2012

CSR( √sNN ~ 0.5 - 1 GeV )

1 ）利用当前最新技术在中国已有的大型重离子加速器 HIRFL-CSR 上建设一个高能重离子物理研究实验平台

2) 在高能核物理领域建立一支由高校－中科院研究所密切结合的优秀科研团队

3) 为国家中长期高能核物理 , 核探测技术发展及其应用做贡献


N

CSRm

CSRe

SFC

SSC

SFC: 10 AMeV (H.I.),17~35 MeV (p)

SSC: 100 AMeV (H.I.), 110 MeV (p)

CSRm: 1000 AMeV (H.I.), 2.8 GeV (p)

RIBLL1: 几十 AMeV RIBs

RIBLL2: 百 AMeV RIBs

CSRe: 冷却储存环

RIB

LL

2

RIB

LL

1

外靶实验装置 (CEE)

HIRFL-CSR 重离子束流


二极磁铁多丝漂移室

飞行时间探测器

零度角量能器

硅径迹探测阵列(STA)

T0 探测器

靶

重离子束

内飞行时间探测器

内时间投影室

低温高密核物质测量谱仪（ CEE ）

CEE 概念性设计

iTPC- 上区时间投影室

iTPC- 下区时间投影室

关键物理 (2016-2018): 1) 高重子密度下的 QCD 相结构 2) 培养下一代核物理科学家


小结

利用国际国内大型加速器和探测器，研究 QCD自由度下的相结构。 QGP 的性质，临界点和相边界是研究的重点。

利用理论团队的优势，深入理解物理结果。培养、引进优秀青年人才，扩展壮大高能核物

理实验队伍。促进建立国内高能核物理实验基地。华师“教育部夸克轻子重点实验室”“国家

重点实验室”，建设成有影响力的国际合作中心。

国际国内实验理论协同创新再造辉煌


Goals for Si Laboratory at CCNU (SLAC) (5-10 years)

Solid detector is the future: small, efficient, wide applications

1) High Energy Physics: - LHC: ALICE-ITS upgrade (2018 - )- RHIC: STAR-HFT upgrade (2014 - )- FAIR: CBM-STAS (2020 - )- CSR: CEE-STA (?? - )

2) Applications: - Medical imagine- High tech industry- Many others …


LePIX: monolithic detectors in advanced CMOS

Scope: • Develop monolithic pixel detectors integrating readout and detecting elements by porting standard 90 nm CMOS to wafers with moderate resistivity.

• Reverse bias of up to 100 V to collect signal charge by drift

Key parameters:• Very large signal to noise ratio

• Low power (target) < 30mW / cm2

• Fast processing: full matrix readout at 40MHz

Monolithic Pixels – Le Pix

Track in telescope of 4 planes (beam test at PSI – Nov 2011)


MIC-I (MAPS in CCNU)

MIC-I 的照片和原理图 : MIC-I 是模拟输出的 MAPS （ Monolithic Active Pixel Sensors ）芯片，电荷收集二极管大小为 5微米 X 5微米，像素大小 20微米 X 20微米阵列 32X32,扫描速率为 40MHz 。总面积约 2.5毫米 X2毫米。已流片生产。


MIC-II

MIC-II 的照片和原理图 : MIC-II 是模拟数字混合输出的MAPS （ Monolithic Active Pixel Sensors ）芯片，电荷收集二极管大小为 10微米 X10微米，像素大小 40微米 X 40微米 , 阵列 16X16,扫描速率为 40MHz 。总面积约 2.5毫米 X2毫米。能输出入射粒子的时间信息。


Magnet

Return Iron

Solenoid

SSD

IST

PXL

EAST

WEST

HFT

Outlook: Heavy Flavor Tracker at STAR

FGT

1) Identify heavy flavor hadron directly2) Precision measurement HF hadron

energy loss and collectivity


STAR Physics Focus

Polarized p+p Program - proton intrinsic properties

Small-x Physics Program - Low-x properties, initial condition,

CGC - Elastic and inelastic processes in

pp2pp

1) At 200 GeV at RHIC - Deconfinement* & medium properties,

EoS - pQCD in hot and dense medium

2) RHIC Beam Energy Scan (BES-I) - QCD phase structure*: phase boundary

& critical point - Chiral symmetry restoration*

STAR Decadal

Plan +

2020 - eRHIC(eSTAR)

* Holy Grail for the physics of high-energy nuclear collisions

Documents

高能核物理 实验 研究计划 许怒 华中师范 大学

高能核物理实验研究计划许怒华中师范大学