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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)

Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf B. Kämpfer Indian Summer School 2011

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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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Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

B. Kämpfer

Indian Summer School 2011

Extreme Matter in the Universe(part 3)

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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

niza

tion

hydr

o: h

adro

n ga

s

chem

ical

f.o

.

hydr

o: h

adro

n ga

s

kine

tic f

.o.

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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