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BENVENUTI A QUARK MATTER ITALIA! Un incontro per discutere le tematiche della conferenza Quark Matter e le interazioni con ricerche affini. From NSAC Long Range Plan

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BENVENUTI A QUARK MATTER ITALIA!Un incontro per discutere le tematiche della conferenza Quark Matter

e le interazioni con ricerche affini.

From NSAC Long Range Plan

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Quark Matter Italia

ALICE

SPS

GSI

LHC

Stelle Compatte

Rotturaspontaneadellasimmetria

Cos

mol

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Uni

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imor

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e

Idrodinam

ica

MonteCarlo

−>Atomi FreddisQGP

ESPERIMENTI AI COLLIDER

MODELLI E SIMULAZIONI

COSMOLOGIA, ASTROFISICA,MATERIA CONDENSATA

FONDAMENTI TEORICI

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SIMMETRIEDIAGRAMMA DI FASE

PUNTO CRITICO

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I FENOMENI:

• CONFINAMENTO–DECONFINAMENTO

• ROTTURA SPONTANEA DELLA SIMMETRIA MOTIVAZIONE

PER IL PREMIO NOBEL 2008: For the discovery of themechanism of spontaneous broken symmetry in sub-atomic physics

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STAR

QM2009 Experimental study of spontaneous strong parity violation… S.A. Voloshin page 5

Chiral symmetry breaking

Quark propagating in the background of the quark condensate obtains dynamical

“constituent quark” mass

u d s c b t

Quark interactions with instantons - change chirality (P and T odd),- lead to quark condensate

( ) ( )3 42 2

30

230 MeV , 850 MeV

500 MeV/fm

qq g G

ε

= − =

in

n

e nθθ =�

If � � 0 QCD vacuum breaks CP.Experiment (neutron EDM): � < 10 10�

strong CP problem

T.D. Lee, PRD 8 1226 (1973)Morley, Schmidt, Z.Phys. C26, 627 (1985)Kharzeev, Pisarski, Tytgat, PRL81:512(1998)Kharzeev, Pisarski, PRD61:111901(2000)Voloshin, PRC62:044901(2000)Kharzeev, Krasnitz, Venugopalan, PLB545:298(2002)Finch, Chikanian, Longacre, Sandweiss, Thomas, PRC65 (2002)

In HIC there can be created metastable P-odd domains leading to observable effects

NCS = -2 -1 0 1

2

Strong CP problem

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Il punto critico da NJL

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BCD�E�F

G � 02�H D 2 JI > � 02 ��3�7LKM H D 2 NI�O > ?'P G ��Q�SR 02 �NT > 7*KU 2WV,> ��Q��R 02 �NT'9X7*KU 2WV OZY

µ

[]\W^`_Ja'b*cedgfihj\!b*k!lnm'\Wdg^Jao8pjpWq

T

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QCD Models : Critical Point

Halasz, et al (1998)(120,700)Random Matrix Model

Antoniou, Kapoyannis 2002(171,385)Statistical bootstrap principle

Hatta, Ikeda 2002(95, 837)Ladder QCD (Cornwall, Jackiw, Tomboulis - CJT effective potential)

Scavenius et al 2001(93,645)Linear σ-model

Asakawa, Yazaki 1989

Scavenius et al 2001

Berges, Rajagopal 1998

(40,1050),(55,1440)

(46,996),

(101, 633)

Nambu-Jona Lasinio (NJL) Model

Work(TE, µE )MeVModel/Approach

Need first principle calculations - Lattice

QM09 : C. Sasaki

Compilation by Mikhail Stephanov

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Current StatusLattice and other QCD based models :µB = 0 - Cross-overTC ~ 170-195 MeVµB > 160 MeV - QCD critical point

Experiments :See distinct signatures that relevant d.o.fare quark and gluons[Tinitial(direct photons) > TC(Lattice)]No signatures of QCD critical point established, possible hints at SPS.

New distinct signatures proposed by Lattice and QCD based model calculations.Future program :Exploring the QCD phase diagramneeds to be vigorously pursued to know properties of basic constituents of matterunder extreme conditions.

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15 Claudia Höhne Quark Matter 2009, Knoxville

Phase Diagram

chemical freeze-out systematics (statistical model fits of hadron yields) versus phase transitions from LQCD

[A. Andronic priv. com., analysis in Phys. Lett. B 673 (2009) 142][CP: Z. Fodor, S.D. Katz, JHEP 0404 (2004) 50]

SPS !

Onset of deconfinement at ~ 30A GeV?!

CP?

Medium properties?

high baryon density,

resonances!

quarkyonic matter?

[quarkyonic matter: L. McLerran arXiv:0808.1057]

•RHIC – crossover at low µB

•SPS – finite µB: 1st order phase transition, CP?

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QCD eMATERIA CONDENSATA:

MATERIA FREDDA eSQGP

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TITOLO DELLA NOBEL LECTURE 2008Spontaneous Symmetry Breaking in Particle Physics : a

case of cross fertilization

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CARBON VS QCD PHASE DIAGRAM

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THE CONDENSED MATTER PHASE OF QCDAlford Rajagopal Wilczek; Shuryak Schaefer Velokvsky

liq

T

µnuclear

gas

QGP

CFL

RHIC

compact star

non−CFL

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QGP E MATERIA CONDENSATA : LA NUOVA SFIDA

η/s e’ ’piccolo’ a RHIC

η = ετmft

ε : Densita’ di energia

τmft : Cammino libero medio

’Grande’ η/s = Grande Cammino Libero Medio = Teoria Quasi Libera

’Piccolo’ η/s = Plasma fortemente interagente

A viscosity bound conjecture.—Kovtun Son Starinets

We speculate that the ratio η/s has a lower bound

η

s>

4πkB

for all relativistic quantum field theories at finite temperature and zero chemical potential. The inequality is saturated bytheories with gravity duals.

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1 10 100 1000T, K

0

50

100

150

200

Helium 0.1MPaNitrogen 10MPaWater 100MPa

Viscosity bound

4π ηsh

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Is an Ultra-Cold Strongly Interacting Fermi Gas a Perfect Fluid?

Support:

ARONSFDOENASA*

John E. Thomas

“JETLAB” Group

Quark-gluon plasma T = 1012 K

Computer simulation of RHIC collision

Ultracold atomic Fermi gas

T = 10-7 K

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Strongly Interacting Systems in Nature

Duke, Science (2002)

Strongly Interacting 6L i gas T = 10-7 K

Ultracold Atomic 6Li Gas

Quark-Gluon Plasma

High Tc Superconductors

Neutron Matter

Black Holes in String Theory

Similar “ Elliptic” Flow Quark-gluon plasma T = 1012 K

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LE ALTISSIMETEMPERATURE

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THE HISTORY OF THEUNIVERSEFrom Cambridge Cosmology Group

← Standard Cosmology

← Particle Cosmology1. GeV ' 1013 K

← Quantum Cosmology

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T ' 100 MEV : UNA FRONTIERA

QCD : Tc ' 200 MeVCarbonium Tc ' 4000 K ' 0.3 eV

The two phase diagrams on the same scale!

From Kerson Huang andSteven WeinbergPhys. Rev. Lett. 25 (1970)”There are now plausible the-oretical models for the ther-mal history of the Universeback to the time of heliumsynthesis, when the temper-ature was 0.1 to 1 MeV. Ourpresent [1970] theoretical ap-paratus is really inadequateto deal with much earlier time,say when T ' 100MeV .”

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LO STRUMENTO: QCD, LA TEORIA DI CAMPO DELLE

INTERAZIONI FORTI

L = LY M + ψ̄(iγµDµ +m+ µγ0)ψ

Come calcolare??→ LATTICE!

Cosa misurare?? →

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