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Effetti nucleari sull’interazione particella-nucleo ad alta energia
Università degli Studi di Perugia
Facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali
Dottorato in Fisica
XIX ciclo
Dottoranda
Isabella Marchino
Nuclei come micro-rivelatori di effetti di QCD
Esperimenti di alte energie ( DESY (HERMES), CERN, JLAB, FERMILAB)
1) Trasparenza di colore
2) Adronizzazione
Trasparenza di colore
)3()3()3( 210 gqcqqqcqcN
Previsione della QCD: la configurazione a 3q ha dimensioni minori di quelle del nucleone e propagandosi nel mezzo interagisce debolmente rispetto a un nucleone
Processo generale per cui un gran numero di adroni viene prodotto nelle interazioni ad alte energie. Manifestazione del confinamento
Adronizzazione
Il nucleo è costituito da un insieme di centri diffusori (nucleoni) ed agisce come un filtro per i prodotti dell’adronizzazione
Le particelle prodotte per adronizzazione si propagano nel mezzo adronico e
re-interagiscono con i nucleoni
Occorre conoscere gli effetti del mezzo nucleare
aN
aA
NA Ad
dR
1
1
No effetti del mezzo nucleare
Si effetti del mezzo nucleare
1N
AR•Effetto EMC
•Effetto Cronin
temperatura
“little bang”
tempo
RHIC fasci di ioni pesanti ( E = 100GeV/nucleone)
Lo studio dell’interazione particella–nucleo è fondamentale per la comprensione della diffusione
nucleo-nucleo ad alte energie (RHIC) e quindi per studiare eventuali segnali della formazione diun nuovo stato della materia (QGP)
Sezione d’urto totale neutrone-nucleo nella Teoria di Glauber
nbqi bde
ikqF n 2
00 12
nopt bie
A
jjjn rdsb
1
1 nopt bie
2
10 ,, Arr
21
11
212
21 ,, rrrrrr
con:
dove è la contrazione a due corpi:
Matrice densità ad un corpo AA
AAj
rdrdrrrr
rdrdrrr
3
2
10212
1
2
101
,,,
,,
Matrice densità a due corpi
)0(Im4
00Fktot
Teorema ottico:
A
jjr
1
ji
A
jikkji rrr
,
, 2
10 ,, Arr
in cui lo sfasamento ottico è:
Fino ad ora tutti hanno trascurato questi termini di2
0
A
jjr
1
ji
A
jikkji rrr
,
, 2
10 ,, Arr
si ottiene per lo sfasamento ottico :
111exp sbrrdA n
nopt bie
la sezione d’urto totale neutrone-nucleo assume la forma
nnAtot bd
Glauber
21Re2 nopt bie
NNtot
NAtot A 7.0NAtotGlauber
Dati sperimentali da P. V. Murthy et el. , Nucl. Phys., B92, 269 (1975); J. Engler et al. Phys. Lett. B31, 669(1970);
E.F.Parker et al. Phys.Rev.B31,246(1970); Babaev et al. Phys. Lett. B51, 501 (1974) T.P. McCorriston ,Ph.D.thesis, University
of Michigan, unpublished
(FERMI LAB)
Con la teoria di Glauber c’è un buon accordo fra dati sperimentali e calcoli
teorici, ma ancora non soddisfacente
Effetti nucleari: “shadowing” o “effetto ombra”
Quale fenomeno occorre prendere in considerazione?
Un altro effetto nucleare:“ inelastic shadowing”
nAin
nAtot
nAtot Glauber
bdzqSdtdM
ddMe L
txx
bTi
nAin
22
0
2
222
1
,4
1 2n n
nn
A A
p p
N*
2-A
nAin
nAtot
nAtot Glauber
nA
tot
nA
tot Glauber
P. V. Murthy et al.,
Nucl. Phys. B92, 269(1975)
•Valori dei raggi nucleari utilizzati maggiori del 5% rispetto a quelli sperimentali
fmfmPb
fmfmC
lesperimentaMurthy
07.043.509.062.5
01.031.210.055.2208
12
2/12r raggio quadratico medioraggio quadratico medio
• Densità nucleari note con più accuratezza
•Parametri aggiornati di diffusione NN
S.Eidelman et al.,Particle Data Group, Phys. Lett.. B592, 1(2004)
Rivisitando il calcolo alla luce delle recenti conoscenze:
nAtot
nAtot Glauber
nAin
nAtot
nAtot Glauber
l’accordo fra dati sperimentali e calcoli teorici viene a mancare
Rinnovato interesse al problema in relazione a collisioni di ioni pesanti
ultrarelativistici (RHIC)
Lo studio dell’interazione particella–nucleo è fondamentale per la comprensione di collisione di ioni pesanti soprattutto se gli effetti nucleari diventano rilevanti al crescere dell’energia
Qual è l’origine di questa discrepanza?
A
jjr
1
ji
A
jikkji rrr
,
, 2
10 ,, Arr
Consideriamo per la prima volta il secondo termine dello sviluppo di2
0cioè gli effetti delle correlazioni a due corpi
21
11
212
21 ,, rrrrrr
111
2121212111
1
,exp
sbrrd
sbsbrrrdrdAsbrrdA
n
nn
n
nopt bie
lo sfasamento ottico assume la forma :
Come calcolare ?
Si risolve l’equazione di Schrödinger per un potenziale realistico
00ˆ F
Determinante di Slater
)(8
)( ˆ)(ˆˆ nij
ji nij
n
ji
OrvijvV
ji
nij
nij
n
jiij OrfSfSF )()( ˆˆˆˆˆ
Operatore di correlazione
M.Alvioli, C.Ciofi degliAtti, H.Morita nucl-th/0506054 Phys.Rev. (in press)
Funzioni di correlazione
A
j n
j
AA
VM
pH
rrErrH
1
2
10010
ˆ2
ˆˆ
,...,,...,ˆ
Potenziale di interazione nucleone-nucleone
calcolo della sezione d’urto totale in cui si calcolano gli operatori densità ad un corpo e a due corpi e quindi la correlazione a due corpi,
valutati su funzioni d’onda correlate
21
11
212
21 ,, rrrrrr
Risultati dei calcoli della sezione d’urto
mean field
M.Alvioli, C.Ciofi degli Atti, I.Marchino, H.Morita, e-print:nucl-th/0510079
Risultati dei calcoli della sezione d’urto per i nuclei pesanti
Conclusioni
•Considerando effetti nucleari quali lo shadowing elastico, anelastico e le correlazioni NN nello studio della sezione d’urto totale neutrone-nucleo si ottiene un ottimo accordo fra dati sperimentali e calcoli teorici
• La sezione d’urto neutrone-nucleo è un test molto severo per lo studio degli effetti nucleari in quanto esistono dati sperimentali estremamente precisi
Prossimo obiettivo
Considerare i termini successivi dello sviluppo di cioè le correlazioni a piu’ corpi
2
0
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