Introduzione: lequazione di stato (EoS) Particelle prodotte in collisioni ad energie relativistiche...

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Introduzione: l’equazione di stato (EoS) Particelle prodotte in collisioni ad energie relativistiche (1-2 AGeV) Pioni e kaoni come osservabili per l’EoS La fase di alta densità in una reazione ad energie del GeV Conclusioni Produzione di particelle come osservabile per l’equazione di stato ad alta densità barionica Graziella Ferini INFN-LNS, Catania Otranto, 29 Maggio-3 Giugno 2006

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Introduzione: l’equazione di stato (EoS) Particelle prodotte in collisioni ad energie relativistiche (1-2 AGeV) Pioni e kaoni come osservabili per l’EoS La fase di alta densità in una reazione ad energie del GeV Conclusioni

Produzione di particelle come osservabile per l’equazione di stato ad alta densità

barionica

Graziella Ferini

INFN-LNS, Catania

Otranto, 29 Maggio-3 Giugno 2006

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……iso-scalar sectoriso-scalar sector……iso-vector sectoriso-vector sector

The Nuclear EOS Uncertainties

• Particle multiplicity

• Nucleon collective flows (sideward, elliptic)

• Neutron-proton differential flow• Isospin equilibration• Pion flow• Isospin ratios (/+, K0/K+)

0|9

2

220

B

B

EK

Slope parameter Curvature parameter

Esy

m

M

eV)

1 2 30

Asy-stiff

Asy-soft

Finite nucleiHeavy Ion Collisions

??

hard (MeV

)

soft (MeV

)

sat

??

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K mesons probe the high density phase

K(100)

Pion and kaon production at GeV energies

pions freeze out late (at low density)

kaons freeze out early

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Produzione di kaoni

Metodo perturbativo: i kaoni non influenzano la dinamica del sistema

Conservazione di stranezza

• Produzione associata K + Y

• Ethresh~1.56 AGeV

• No riassorbimento per i K

• k~7 fm

BB BYK (BN,)

B YK (Y ,)

BK BK

“emissione diretta”

Produzione sotto soglia:

moto di Fermi + processi “multi-step”

BB K BB X

0.8-2AGeV BB K < 1 mb!

usd

0

u sK+

K prodotti ad alta densità

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yield does NOT constrain the

(isoscalar) EoS

(Isoscalar) EoS from pion and kaon production

KAON data ONLY compatible with a SOFT EoS

F. Laue et al. (KaoS Coll.), PRL 82 (1999), 1640.

C. Sturm et al. (Kaos Coll.), PRL 86 (2001), 39.

C. Fuchs, Prog. Part. Nucl. Phys. 56 (2006), 1.

Ch. Hartnack et al., PRL 96 (2006), 012302.

Kaon data only compatible with a soft EoS,even varying:

N cross section

KN potential

lifetime

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Effects of the symmetry energy

Vector self energy more repulsive for neutrons (-) and more attractive for protons (+)

a) Neutrons pushed out from the high density stage of the reaction

b) Neutrons converted into protons during the high density stage of the reaction

nn

n0

n- p-

p+n++

n+ p+

pp

p-

K0, , K+

Baryon current

K

K 0

Consequences on

???and/or

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Au+Au 1AGeV: density and isospin of the Kaon source

n,p at High density

n/p at High density

Drop:Competition of fast neutron emission andInelastic channels: n→p transformation

Time interval of Kaon production

“central”density

NL→ DDF→NLρ→NLρ : more neutron escape and more n→p transformation (less asymmetry in the source)

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Au+Au@1AGeV: time evolution of the total number of nucleons

Free nucleons

Large n→p transformation at early times:Less asymmetry in the Kaon source

Check:π-/π+, n/p, K0/K+ vs emission time (P_t)

fρ increasing sequenceNL<DDF<NLρ<NLρδ

Different behavior at lower energies, reduced inelastic competition

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Au+Au central: and K yield ratios vs. beam energy

Pions: less sensitivity ~10%, but larger yields

No sensitive to the KN potential

Kaons:~15% difference betweenDDF and NLρδ

Inclusive multiplicities

132Sn+124Sn

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Conclusions

Isoscalar sector:

• Nucleon flow data and K+ multiplicities give indication of a SOFT EoS

Isovector sector:

• Esym reduces the asymmetry in the high density phase of the reaction

• A stiffer Esym (i.e. with greater f) favours the neutron to proton conversion through inelastic collisions

• /+ and K0/K+ ratios are affected by Esym

• In the 1-2 AGeV range K0/K+ ratio is more sensitive to Esym, in terms of the strength of the isovector channel

• The effect is enhanced in colliding systems with large asymmetry

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Produzione di K in prossimità della soglia

Esperimenti

FOPI

GSI

197Au+197Au, 40Ca+40Ca, 96Ru(Zr)+96Ru(Zr)

KaoS

197Au+197Au, 12C+12C, 56Ni+56Ni

0.8<Ebeam(AGeV)<2

• Molteplicità K+

• Flussi collettivi K+,

• K+/ K0 per (=0.08, 0.16)

96Ru+96Ru @1.5 AGeV

[email protected] AGeV

• Molteplicità K+

• Flussi collettivi K+,

• Rapporto molteplicità K+ (197Au+197Au)/(12C+12C)

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System size dependence

N/A NK/A

40Ca+40Ca 0.17 1.410 4

132Sn+124Sn 0.14 2.310 4

197Au+197Au 0.13 3.210 4

Heavy systems• More collisions

• More stopping

• Higher density

Pions more easily reabsorbed

Kaons more easily produced

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Elliptic flow

Sideward + elliptic flows data rule out supersoft (K=167 MeV) and hard (K>300 MeV) EoS

Soft Eos (K200 MeV)

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I kaoni: generalità

u s K+

u sK-

+

++

––––

K0 è una combinazione di coppie e e può decadere in 2 modi: sd sd

0s

0s

(91011 s)

0L–

0L

(5108 s)

mk+=mk– 494 MeV/c2mk0 498 MeV/c2 massa

(1108 s)

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Il potenziale e gli effetti del mezzo sui kaoni

Effetti osservabili: Approcci:CPT (Chiral Perturbation Theory)

BEM (Boson Exchange Model)

Relazioni di dispersione:

0

2120

22

0

2120

22

VgVgmgkm

VgVgmgkm

KKKKKK

KKKKKK

Massa efficace:

VVf

mm sKN

kk 22*

,

jf

V28

3

Distribuzione azimutale

Flusso trasverso

Soglia di produzione

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soft

soft

soft

stiff

stiff

stiff

fluctuations

IBUU : not covariant symmetry term132Sn+124Sn at 0.4AGeV

π(-)/π(+) always decreasing with the iso-stiffness?

Bao-An Li PRC 71 (2005) 014608

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F15

Fa3

ρ/ρ0

UrQMD : not covariant symmetry term

208Pb+208Pb at 0.4AGeV

Inelastic channels less importantbut still crossing at high p_t

softstiff

Q.Li et al. PRC 72 (2005) 034613

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P. Senger, H. Stroebele,J. Phys. G 25 (1999) R59

D Best et al, Fopi , NPA 625 (1997), 307

Bass et al, PRC 51 (1995), 3343

Wagner et al, kaos, PLB 420 (1998), 20

Wagner et al., kaos, PRL 85 (2000), 18

Kaons behave like high energy pions

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X

Z

22

22

2 )(Vyx

yxt pp

ppp

Bounce-off

(in-plane flow)

Squeeze-out

(elliptic flow)

iixi

np ypyN

yF )()(

1)( )(V)(V)(V n

2p2

n-p2 ttt ppp

i

xix ypyN

yp )()(

1)(

Isospin

Differenze tra NL e NL(V. Greco et al., PLB 562 (2003), 215)