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Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf B. Kämpfer Indian Summer School 2011 Extreme Matter in the Universe (part 3). LHC at CERN: searching Higgs, SUSY, the unknown. SM: masses of quarks & part of leptons (e.g., e-). P. Higgs 1964. Mystery of Mass. - PowerPoint PPT Presentation
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B. Kämpfer | Institut für Strahlenphysik | Hadronenphysik | www.hzdr.de
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf
B. Kämpfer
Indian Summer School 2011
Extreme Matter in the Universe(part 3)
B. Kämpfer | Institut für Strahlenphysik | Hadronenphysik | www.hzdr.de
LHC at CERN: searching Higgs, SUSY, the unknown
P. Higgs 1964
SM: masses of quarks & part of leptons (e.g., e-)
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Mystery of Mass
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LHC at CERN: investigating the quark-gluon plasma
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Rel. Heavy-Ion Colls.: RHIC & LHC
RHIC LHC
hydro applies:
Fra
nkf
urt
HIC
g
rou
p
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Thermal Model at Work
Andronic et al. 1106.6321
chemical freeze-out
densities ratios
adjust to data
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Chemical Freeze-Out SystematicsPBM, Stachel, 1101.3167
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Particles vs. Antiparticles
Andronic et al. 1106.6321
post- and pre-dictions
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Blast Wave Fitskinetic freeze-out
chem. f.o.
ALICE 1108.3257
BK 1996
fit ofpT spectraby T and v
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Fluid Dynamics for urHICs
present day standard tool:
3. kinetics (transport model)2. hydrodynamics1. kinetics (transport model)
first
con
tact
pree
quili
briu
m
hydr
o: s
QG
P
h
adro
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o: h
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kine
tic f
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wea
k de
cays
t
x
midrapidity
t
free streamfree stream fluid?
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Milne Coordinates
Bjorken flow:
Gubser flow:
Bjorken symmetry:
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Bjorken Flow
Milne cordinates
Bjorken symmetry
EoS in conformal limit: e = 3p
entropy in comoving volume = conserved
for every EoSw/o dissipation
mystery:
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Longitudinal Pressure Gradient
initial conds: Bjorken flow
Kajantie, Eskola, Russkanen, EPJC 1998
Bozek, PRC 2009
init. non-Bjorken flow:different evolution it is hard to modifyBjorken‘s flow once itis there origin of Bjorken flow?
v = th y
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Soft and Hard Probes
AL
ICE
, P
LB
20
11
jets
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Hard Probes: Medium Modifications
RHIC: disappearenceof away-side jet
energy loss
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Transverse Flow
central semi-central peripheral no
configuration space momentum space
soft probes
p
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STAR at RHIC
hydro Cooper-Frye momentum distrib. v2(p_perp)
Bluhm et al., PRC 2007
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B. Schenke
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U.H
ein
z, C
rete
20
11
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U.H
ein
z, C
rete
20
11
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Viscous Fluid Dynamicswater is good fluid, honey not, oil partially
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shear viscosity
bulk viscosity
rel. Navier-Stokes eqs.
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Viscosities from Calculations
Bluhm, BK, Redlich, PRC 2011
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A Unified Description: AdS/CFT
Chesler, Yaffe, PRL 2011
2‘3
1‘
time
AdS/CFT: 1. solve 5d Einstein vacuum eqs. (with symmetries) with negative cosmological constant 2. obtain 4d energy-momentum tensor from holographic renormalization (boundary theory)
1
2
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LHCRHICSPSSIS18Bevalac
SIS100/300
AGS
What remains for CBM at FAIR?
T = mu
energyfrontier
intensity frontier: rare probes (charm, photons, dileptons)
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GSI FAIR
1.2 BEUR
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FAIR
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PB
M,
Sta
che
l, 1
10
1.3
16
7
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physics casetechnical designsimulations & feasibility
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Key Issues for CBM- in-depth study of onset of deconfinement- EoS & transport coefficients- medium modifications hadrons
„never studied“ at SIS100/300 energies:- charm: hidden & open, charm baryons (created early probe dense stage)- dileptons & photons: penetrating probes (monitoring the dense stage, looking into fireball)- fluctuations: higher moments sensitive to proxy of CEP- correlations: size (temporal & spatial) measurements
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Strongly Coupled Systems
weak coupling strong coupling
transport peak quasi-particles
AdS/CFT
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Summary- Cosmic Confinement/Hadronization: no imprints nucleons as remainder due small excess (= accident?)- Nucleosynthesis: sensitive test of cosmic dynamics abundancies of light elements is specific imprint- Neutron Stars: quark cores seem possible (but hard to verify; need fine tuning of cold EoS)- RHIC & LHC: sQGP seems w/o doubts, EoS from lattice QCD, sQGP = most perfect fluid: viscosities are small, energy scan at RHIC gives orientation (no rare probes)- HADES&CBM at SIS100/300: exploration of phase diagram, rare & penetrating probes, closer link to hadron physics
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PRL 2007
Probing the Fireball‘s Interior
thermal radiation: Gallmeister et al. PLB 2000 Rapp-Shuryak PLB 2000
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DLS Puzzle Solved by Bremsstrahlung?
Barz et al. 0910.1541 Bratkovskaya, Cassing NPA 2008
M [GeV]
Aichelin et al. 2008: w/ bremsstrahlungSantini et al. 2008: w/o bremsstrahlungSchmidt et al. 2009: w/o bremsstrahlung
C(1 AGeV) + C
1997: bremsstrahlung ... contribution was found to be small2007: DLS puzzle... may be solved when incorporating a stronger bremsstr. contribution
DLS: PRL 1997 HADES: PLB 2008
Nikola Tesla 1888
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CERES Pb(158 AGeV)+Au
<T> = 170 MeV
cocktailthermal rad.
tDY thermal rad. cocktail
pre-equ. fireball freeze-out
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NA60: Di-Muons
LMR IMR
NA60
NA60 0907.3935
NA60 0907.3935
broadeningno shift
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PHENIX
real photons
Quarks & Gluons
Hadrons
cocktail confirmed by pp
RHIC
PHENIX 0912.0244
PHENIX 0912.0244
Drees 0909.4976
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DielectronsPHENIX data
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PhotonsPHENIX data
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Fluid Dynamics from GravityBhattacharyya, Hubeny, Rangamani ... JHEP 2008FG coordinates
bulk near z = 0, asymp. AdS metric & black brane
strong coupling regime: universal sector in
long-wavelength solutions, isotropization assume as relevant d.o.f.
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epsilon expansion: z expansion equivalent?
iterative solutions of Einstein eqs. constitutive eqs.:
extrinsic curvature on r = const from
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The Janik RouteBjorken flow + symmetry, Milne coordinates
e
Janik, Lecture Notes Phys. 2011
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Get e(tau) from AdS/CFTFG coordinates:
boundary theory: z = 00
01
z expansion (indices suppressed):
Skenderis et al., 2000
iterative solution for n > 4Einstein eqs.
Definition: Kretschmann
...
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Large tau:requirement: K = regular (no singularities in the bulk) values of
Gyulassy, Danilewicz PRD 1985 shear viscosity =
Small tau:
Einstein eqs. constraints for A, B, C allowed init. conds.
anisotropy measure Beuf et al., JHEP 2009
numbers
the only scale
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Heller, Janik, Witaszczyk 2011
1st-order hydro stage: q = 0 F/w = 2/3
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transient dynamics
Comparison of with FrankfurtEl, Xu, Greiner, PRC 2010Denicol, Koide, Rischke, PRL 2010
shear tensor:
for Bjorken flow & symm.
third-order rel. diss. hydro,extension of Israel-Stewart
looks as gradient expansion
Boltzmannm = 0
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start from equilibrium:
start from off-equilibrium:
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