d+Au ütközések: a referencia

A PHOBOS kísérletben elvégeztük a jet quenching jelenség helyes értelmezéséhez elengedhe-tetlen referencia-kísérletet, a d+Au ütközésben keletkezett töltött részecskék transzverzális im-pulzusának eloszlását a 0.25 < p_T < 6 GeV/c tartományban, az el®z® fejezetben tárgyalt Au+Au ütközésekkel azonos, 200 GeV nukleonpáronkénti ütközési energián [117]. A deuteron

a legkisebb atommag, amit a RHIC-ben az arany atommagokkal egyszerre lehetett gyorsítani, mivel az arany atommag mágneses rigiditása (A/Z aránya) sokkal közelebb van a deuteronéhoz, mint a protonéhoz. Emiatt pl. a p+Au ütközések kivitelezése technikai okok miatt nem volt lehetséges.

Kisebb ütközési energián végzett mérésekb®l már ismert volt, hogy proton-atommag (p+A) ütközésekben a néhány GeV/c transzverzális impulzusú részecskék keletkezésének hatáskereszt-metszete gyorsabban növekszik, mint az atommag tömegszáma [170]. Ez a Cronin-eektusnak nevezett jelenség a kezdeti állapotban elszenvedett többszörös szórással írható le, amely a p_T -eloszlás kiszélesedéséhez vezet [171]. Ennek a mérésnek RHIC energián való megismétlése te-hát az Au+Au eredmények értelmezéséhez volt szükséges, például a gluon-telítés vizsgálatá-hoz [169]. Az ütközés centralitásának változtatásával pedig kísérletileg beállítható a beérkez®

partonok által átszelt atommag eektív vastagsága.

Az eseményválogatást ennél a mérésnél is részben a körgy¶r¶ alakú szcintillációs számlá-lók segítségével végeztük el. Ezen egyszer¶ trigger fontos kiegészítése volt, hogy az ütközés két oldalán elhelyezett Cserenkov-detektorok jeleinek id®különbségét, amely pontosan az adott d+Au ütközés helyét adja meg a nyalábirányban, arra használtam, hogy csak azokat az ütkö-zéseket válogassam ki, amelyek a névleges ütközési pont közelében történtek. Ennek az elvi és technikai megvalósítása, beállítása, felügyelete az én feladatom volt. Végül, az általam terve-zett és megépített Spektrométer Trigger detektorok és a Repülési Id® Falak kombinációjával válogattuk ki azokat az eseményeket, amelyekben különösen nagy transzverzális impulzusú ré-szecskék keletkeztek. Ezzel sikerült sokszorosára növelni a megmért nagy impulzusú réré-szecskék számát, és ezzel kompenzálni a PHOBOS spektrométerével lefedett kis térszögb®l adódó ver-senyhátrányt a többi RHIC kísérlethez képest. Ennek az eredményeképpen sikerült a megmért töltött részecske-spektrum fels® p_T-határát 6 GeV/c-re növelni, amely az eredmény egyértelm¶

értelmezéséhez elengedhetetlen volt.

A d+Au ütközések centralitásának megállapítása a 3 < η < 5.4 pszeudorapiditás-tar-tományt lefed®, szilícium alapú Gy¶r¶-detektorokban leadott összes energia alapján történt, amely arányos a detektoron keresztülhaladó töltött részecskék számával. Mivel a d+Au ese-mények multiplicitása (keletkez® töltött részecskék száma) sokkal kisebb volt, mint az Au+Au ütközéseké, a kis térszöget lefed® spektrométer nem volt alkalmas az ütközési pont (vertex) eseményenkénti rekonstrukciójára. Ehelyett egy alternatív vertex-rekonstrukciós eljárást dol-goztunk ki, amely csak az egyréteg¶, de 2π azimutszöget lefed® szilícium Oktagon-detektorban a töltött részecskék által leadott energiát és az energialeadás helyét használta fel. A vertex pozíciójának elérhet® felbontása 0.8 és 1 cm között volt, kissé multiplicitás-függ®en. Ennek az eljárásnak tartós jelent®séget adott, hogy hat évvel kés®bb a CMS kísérletben is nagyon hasonló eljárást alkalmaztunk, illetve dolgoztunk ki, amelyet felhasználtunk az LHC gyorsító els® p+p ütközéseir®l szóló publikációinkban.

Az eredményeket az Au+Au ütközések esetéhez hasonlóan korrigálni kellett a geometriai

3.2 Nagy impulzusú részecskék elnyomása d+Au és Au+Au ütközésekben 51

23. ábra. Bal oldali ábra: a töltött részecskék invariáns hozama ap_T függvényében, négy centralitás-osztályban. Csak statisztikus hibák vannak feltüntetve. Jobb oldali ábra: a PHOBOS kísérletben d+Au ütközésekben mért töltött részecskehozam és az UA1 kísérletben korábban p+ ¯p ütközésekben mért részecskehozam aránya 1, 2, 3 és 4 GeV/c transzverzális impulzusnál, apT-re integrált részecske-hozam (dN/dη) függvényében. A d+Au/p+ ¯p arány egységnyire van normálva pT = 0.5 GeV/c-nél.

A háromszögek a p+ ¯p értékeket jelölik.

lefedettségre és hatásfokra, az impulzus-felbontásra, a hibásan vagy nem m¶köd® detektor-elemekre, a másodlagos részecskékre és gyenge bomlásokra. Az eredmények az invariáns részecskehozamok a p_T függvényében a 23. ábra bal oldalán láthatók, négy centralitás-osztályra, melyekhez tartozó átlagos N_coll és N_part értékek rendre 14.6, 9.7, 5.4 és 2.2, illetve 15.5, 10.9, 6.7 és 3.3 voltak.

A spektrumok centralitás szerinti fejl®dése jobban nyomon követhet® a 23. ábra jobb olda-lán, ahol a d+Au ütközéseket és az azonos energián az UA1 kísérletben mért p+ ¯pütközéseket hasonlítjuk össze. Az ábrázolt mennyiség a d+Au ésp+ ¯pütközésekben mért invariáns keltési hatáskeresztmetszetek hányadosa, a p_T = 0.5 GeV/c pontban egységnyire normálva (így kikü-szöbölve a nukleonok páronkénti ütközéseinek számát, annak bizonytalanságával együtt). Ez-után a normált arány négy különböz®p_T értéknél van ábrázolva, az adott centralitás-osztályban mértp_T-spektrum integráljának a függvényében. Megállapítható, hogy ez a relatív részecskeho-zam monoton növekszik a transzverzális impulzus és a centralitás függvényében, másrészt pedig jól extrapolálható a proton-antiproton adatokban mért hozamhoz, a p_T minden értékénél.

A 24. ábra bal oldalán az R_dAu nukleáris módosulási faktor szerepel a p_T függvényében az

0.5

24. ábra. Bal oldali ábra: A nukleáris módosulási faktor (R_dAu) ap_T függvényében, négy centralitás-osztályban. A legcentrálisabb osztályban folytonos vonal jelzi az Au+Au ütközésekben mért görbét. A satírozott sávok azN_coll bizonytalanságát, illetve az UA1 adatok skála-hibáját foglalják magukba, míg a szögletes zárójelek a szisztematikus mérési hibákat jelölik. Jobb oldali ábra: Ugyanez az R_dAu faktor a centralitás függvényében, négy p_T értéknél. A satírozott sávok az adatpontok közös skála-hibáját mutatják.

egyes centralitás-osztályokban, melyet az alábbi módon deniálunk:

R_dAu = σ_p^inel_p¯ hNcolli

d²N_dAu/dp_Tdη d²σ(U A1)p¯p/dpTdη.

Tehát R_dAu = 1 a nukleon-nukleon ütközések inkoherens szuperpozícióját írná le. Az adatok az RdAu arány gyors növekedését, majdpT ≈2GeV/c feletti telít®dést mutatják. Összehasonlítá-sul a centrális osztályban feltüntettük az Au+Au ütközésekben kapott eredményt is. Látható a gyökeres különbség az arányok nagy impulzustartományban tapasztalt viselkedése között a két esetben. Ennek az eredménynek a jelent®ségét és szemléletességét jól mutatja, hogy ez az ábránk a Phys. Rev. Letters folyóirat aktuális számának címlapján kiemelve is megjelent.

A 24. ábra jobb oldalán rögzített transzverzális impulzusok mellett a centralitás függvé-nyében ábrázolt R_dAu faktorok még jobban rávilágítanak az eredmények által sugallt interpre-tációra. Perturbatív QCD számítások szerint a maximális R_dAu aránynak p_T ≈ 3.5 GeV/c-nél a centralitás függvényében enyhén (kb. 15%-kal) növekednie kell [172], míg a parton-telítéses modellek 25-30%-os csökkenést jósoltak [169]. A 24. ábra jobb oldalán látható mérési adatok ellentmondanak az utóbbi jóslatnak. Ez tehát arra utal, hogy a nagy transzverzális impulzusú töltött részecskék Au+Au ütközésekben meggyelt nagymérték¶ decitje nem magyarázható olyan kezdeti állapoti eektusokkal, amelyek d+Au ütközésekben is várhatóan jelen kell, hogy

3.2 Nagy impulzusú részecskék elnyomása d+Au és Au+Au ütközésekben 53

0 1 2 3

0 0.5 1 1.5 2

<0.6 η 0.2<

1 2 3

<1.0 η 0.6<

1 2 3 4

<1.4 η 1.0<

(GeV/c) p

dAu

R

25. ábra. Nukleáris módosulási faktorok (RdAu) három különböz® pszeudorapiditás-osztályban. A kapcsos szimbólumok a szisztematikus hibákat mutatják (90% C.L.).

legyenek. Ezt a következtetést további mérések is meger®sítették, azonban az itt bemutatott eredmények voltak az els®k, amelyek ilyen irányba mutattak.